卫星方向图包括发射方向图和接收方向图。监测站接收功率与卫星发射天线方位角的关系称为卫星发射方向图，监测站发射功率与卫星接收天线方位角的关系称为卫星接收方向图。

卫星方向图的测量主要有3种方法。第一种方法是卫星处于标称状态，在地面不同区域设置多个站点发射信号和接收信号，从而测量出卫星方向图。但该方法需要大量测站，并且有些区域很难布站，因此不易实施。

第二种方法是卫星天线可以转动，通过天线转动测量方向图。监测站向卫星发射一个上行信号，卫星分别转动发射天线和接收天线，监测站测量下行信号的电平变化，即可测得卫星发射方向图和接收方向图。

第三种方法称为自旋相干检测法，该方法适用于卫星天线不能转动的情况。首先监测站向卫星发射一个足够强的上行信号，使卫星工作在自动增益控制(AGC)状态。然后卫星按测试计划调整姿态，此时，卫星的输入功率随卫星姿态的变化而变化，但在AGC的控制下，卫星的输出功率则保持不变。AGC的变化则反映了输入功率的变化，也反映了卫星姿态的变化。最后监测站通过测量卫星下行信号功率得出卫星发射方向图，通过遥测参数中的AGC得出卫星接收方向图。