对地观测卫星系统(Earth Observation Satellite System,简称EOSS)是获取太空信息的主要渠道,在军事活动和国民经济建设中发挥着日益重要的作用。随着我国经济和技术的发展,我国卫星的数量和水平也在日益增加。因此,在卫星的概念设计阶段就应合理设计卫星的轨道和载荷,以实现对地观测卫星系统的观测效能的最大化。卫星的轨道参数和关键载荷参数与观测效能之间没有解析的表达式,这给卫星系统的设计者带来了很大的麻烦,借助于仿真优化的思路可以很好地解决该问题。试验设计是仿真优化的一个模块,一方面提供对地观测卫星系统设计空间有代表性的设计点,以便减少仿真实验的次数,另一方面可以提高试验点和观测效能之间的观测效能近似模型的求解精度。对地观测卫星系统的设计空间涉及变量众多,且变量取值范围很大,且变量对观测效能的影响不明确,试验设计方法很适合该问题的研究。本文以重点战略区域目标、应急任务和国土普查等观测需求作为任务,将其转化为对地观测卫星系统的可以量化的指标集。分析总结了对地观测卫星系统的设计因素集,主要包括轨道因素和关键载荷因素,并将轨道摄动等噪声因素考虑进来。在此基础上,建立了面向对地观测卫星系统顶层设计的试验设计框架。在优化设计初期,利用正交设计生成对地观测卫星的方案,经过STK仿真后,对试验结果利用极差分析和逐步回归技术进行敏感性分析,缩小设计空间,并得到因素的影响程度排序;在优化设计中期,在初期分析结果的基础上,利用均匀设计和拉丁方设计生成对地观测卫星系统的设计方案,为仿真优化提供较好的输入;在优化设计后期,考虑轨道摄动等噪声因素的影响,对得到较好的设计方案进行稳健设计,使对地观测卫星系统的设计方案的稳健性也较好。