《合成孔径雷达卫星数据中的可见性：度量标准构建、观测调度与轨道设计》217页

地球观测卫星是有效应对人类某些最紧迫挑战（包括有限资源管理和灾害损失最小化）的关键信息收集工具。合成孔径雷达是一种主动式遥感仪器，工作在电磁频谱的微波波段，得益于其能在所有光照和天气条件下收集可靠图像，是一种优选的地球观测系统。SAR数据的获取采用侧视观测几何，即雷达指向垂直于卫星平台运动方向。这种观测几何，结合被照射地形的地貌，会导致称为“叠掩”和“阴影”的几何畸变。这些畸变降低了所收集图像的可用性，因为它们实际上遮蔽了图像的部分区域，阻碍了可操作见解的提取。虽然几何畸变在SAR图像中始终存在，但其位置和覆盖范围可以通过控制卫星与被照射地形之间的相对方位来调控。对于在严格操作要求下收集全球一致性数据集的传统SAR卫星而言，此类调控历来难以实现。然而，近年来商业SAR卫星星座的出现，重新定位了通过精细调整观测几何以最大化感兴趣区域可见性的可行性。商业SAR星座以任务为单位运行，赋予数据终端用户在指定期望观测参数（包括获取时间和观测几何）方面的灵活性。然而，由于缺乏用于规划观测以使感兴趣区域可见性最大化的正式工具，导致在轨能力与交付数据质量之间存在不匹配。具体而言，目前缺乏用于识别有利于可见性的观测几何的系统性方法。

本文以逐步推进的方式填补这一空白。首先，开发了开源雷达处理软件的扩展，使其能够针对任何卫星-目标相对几何关系，在二维畸变掩模中预测叠掩和阴影。随后，定义了可见性度量，用以表示特定观测几何相对于畸变掩模的有利程度。通过计算覆盖整个样本空间的几何关系下的可见性度量得分，可以创建完全表征给定感兴趣区域可见性特征的可见性图。为了扩大可见性图在观测规划中的适用性，创建了一组可推广的可见性图，以便在计算受限和信息有限的任务场景中估算感兴趣区域的可见性特征。接着，通过开发首个明确考虑可见性的SAR观测调度算法，将可见性图直接整合到卫星运行中。最后，在轨道设计过程中考虑可见性，为预定义感兴趣区域可见性特征的最优重复地面轨迹轨道参数建立通用指导原则。

当使用本文开发的观测规划工具时，对于单个任务可获得高达90%的感兴趣区域可见性改善。将可见性整合到观测调度中，在传统性能指标适度降低的情况下，实现了全星座范围18%的可见性提升。对于为最大化过境几何质量而设计的轨道，观测机会的可见性特征获得了成倍的改善。鉴于同时期灵活、高分辨率SAR观测能力的激增，本文的贡献具有时效性，并为获取对有限资源管理、灾害响应及其他应用最大程度有用的SAR数据奠定了基础。

本文结构如下。第2章详细回顾了与SAR几何畸变建模、观测调度和轨道设计相关的文献。第3章在背景材料的背景下列举了本研究工作的目标和贡献。第4章描述了一种可见性度量的开发，该度量可系统性地量化给定感兴趣区域下特定观测几何的有利程度。在此基础上，第5章提出了一种在受限任务场景中使用可推广可见性图来估算有利观测几何范围的方法。第6章展示了将感兴趣区域可见性纳入SAR卫星星座观测调度过程，并分析其对系统性能的影响。第7章提出了用于指导未来SAR卫星部署的轨道可见性性能总体趋势。最后，第8章给出了结论和未来工作建议。