衛星環繞地球飛行，其所受的天體引力主要是地球引力，受月球和太陽的引力較小，可以看作是在地球引力場中運動。衛星環繞地球的運動可以用6個參數來描述，其中5個參數描述軌道的大小、形狀和在空間的方位，另外1個參數描述運行時間的起點。有了這6個基本參數，可以計算出衛星在任何時刻相對于地球的空間位置和速度。
根據開普勒定律，衛星運行的軌道為橢圓形，其大小和形狀可以用半長軸a和離心率e表示；衛星軌道平面與地球的方位關系，可以用軌道傾角i（軌道平面與赤道平面的夾角）和升交點赤經Ω（春分點和軌道升交點對地心的張角）表示；衛星在軌道平面內的具 *** 置，可以用近地點幅角ω（近地點和升交點對地心的張角）和衛星過近地點的時刻tp表示（如圖1所示）。每一個時刻衛星在軌道上的位置都會在地球表面上有一個投影，叫做星下點。所有星下點連成的曲線叫星下點軌跡。根據星下點軌跡，可以預報衛星何時從何地上空經過。遠地點衛星XZ升交點近地點遠地點春分點升交點赤道平面軌道平面軌道傾角升交點赤經半短軸b半長軸a地心E近地點時刻t過近地點的時刻tpiΩ。
圖1 遙感衛星運行的軌道參數
遙感衛星的軌道是根據遙感衛星的任務需求設計的，軌道的選擇取決于任務對觀測對象、觀測范圍和觀測頻次的要求。遙感衛星最常用的軌道有2種，即太陽同步軌道和地球同步軌道（如圖2所示）
圖2 太陽同步軌道與地球同步軌道
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太陽同步軌道：衛星軌道平面圍繞北天極進動的方向與地球公轉的方向大致相同，進動角速率等于地球公轉平均角速率（0.9856度/日）。即衛星軌道平面和太陽照射地球光線的夾角始終保持不變，遙感衛星在地球同一緯度星下點成像時，太陽光的入射角，即太陽光照條件基本不隨時間變化。這對于遙感數據的實際應用是十分必要的。衛星軌道平面的進動靠的是地球的非理想球體形狀產生的非球對稱引力場，軌道平面進動角速率與衛星軌道高度和傾角有關。經過理論分析，太陽同步軌道衛星軌道高度不會超過6000千米，軌道傾角大于90度為逆行軌道。太陽同步軌道有一個重要的參數是降交點地方時，即衛星由北往南降軌飛行時其星下點經過赤道的地方時刻。太陽同步軌道遙感衛星的降交點地方時是由遙感任務決定的。對于可見光成像遙感，衛星降交點地方時一般選擇在上午10:30左右。為了獲得同一地區不同地方時刻的地物信息，可以采用多顆遙感衛星組網的 *** ，每顆衛星可選擇不同的降交點地方時。由于太陽同步軌道的高度距離地球表面較近，可以獲得很高的遙感圖像空間分辨率，有的光學遙感衛星獲得的圖像空間分辨率可以達到0.1米。太陽同步軌道遙感衛星可以實現全球范圍的對地觀測，但對同一地區的重訪時間一般較長。我國的“資源”系列衛星、“遙感”系列衛星、“海洋”系列衛星、風云一號氣象衛星和風云三號氣象衛星，“高分一號”“高分二號”和“高分三號”等衛星絕大多數都采用太陽同步軌道。
地球同步軌道：衛星距離地面的高度約為36000千米，軌道周期和地球自轉周期相同（約23小時56分4秒），衛星運行方向和地球自轉方向一致。因為軌道周期和地球自轉周期相同，在地球自轉一圈的時間里，衛星星下點構成了一條封閉曲線――呈南北向的“8”字，交叉點處在赤道上。如果軌道傾角為0度，偏心率為0，地球同步軌道就成了地球靜止軌道，衛星星下點軌跡就成了一個點，衛星相對于地球呈靜止狀態。地球靜止軌道遙感衛星可以實現大范圍的對地觀測，還可以對感興趣的局部區域進行連續觀測。我國風云二號氣象衛星、風云四號氣象衛星和高分四號遙感衛星采用的就是這種軌道。但因為地球同步軌道衛星距離地面很遠，難以獲取高空間分辨率的遙感圖像，一般為數百或上千米量級。我國的高分四號遙感衛星能夠獲取50米空間分辨率的遙感圖像，達到了國際領先水平。
除了上述兩類常用軌道，因特殊使命，某些遙感衛星選擇了一些比較特殊的軌道。例如，為了對赤道附近低緯度的熱帶地區進行降雨測量，可以選擇低傾角非太陽同步圓軌道（比如，軌道高度約為400千米，軌道傾角35度）。再比如，我國發射的多顆返回式遙感衛星，為了獲取特定地區的遙感信息，采用了中等傾角的非太陽同步軌道。為了實現0.1米甚高分辨率偵察成像，美國的KH-12衛星選擇了近地點距離地面約300千米，遠地點距離地面約1000千米的橢圓軌道，在近地點實現高分辨率詳查，在遠地點實現寬幅普查。
為了提高對地觀測與遙感服務的時效性，可以用多顆衛星組成衛星星座。衛星星座中的衛星常采用相同軌道高度和相同傾角的圓軌道，但是運行的相位不同。需要根據遙感任務的需求，設計組成星座的衛星軌道。衛星星座有多種不同的形式，分為同一軌道平面內的星座（如圖3所示）和不同軌道平面內的星座（如圖4所示）。運行在同一軌道平面內的多顆同類衛星，軌道高度基本相同，相差固定的相位。也可以是不同類的衛星運行在同一軌道平面內，軌道高度基本相同，相差固定的相位。另外就是在不同軌道平面內形成星座，軌道高度基本相同，軌道傾角相同，升交點赤經相差固定的角度。
圖3 同一軌道平面內的衛星星座
圖4 不同軌道平面內的衛星星座
為完成特定的功能，可將多顆衛星編隊飛行（如圖5所示）。比如雙星干涉SAR衛星，雙星編隊構形具備可調整能力，得到穩定的編隊構形，從而對選定區域進行干涉成像。可以利用兩顆衛星之間的基線長度實現干涉測量，達到相對高程和絕對測高的全球高精度DEM數據，實現毫米級的形變精度。
圖5 雙星編隊飛行示意圖
