卫星的轨道
第2章 卫星轨道
为了描述轨道特性， 为了描述轨道特性，使用如下参量 偏心率e：椭圆焦点离开椭圆中心的比例， 偏心率 ：椭圆焦点离开椭圆中心的比例，即 椭圆焦距和长轴长度的比值。 椭圆焦距和长轴长度的比值。它决定了椭圆 轨道的扁平程度。 轨道的扁平程度。
c a2 − b2 e= = = 1 − (b / a ) 2 a a
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假设地球是质量均匀分布的圆球体， 假设地球是质量均匀分布的圆球体，忽略太 月球和其它行星的引力作用， 阳、月球和其它行星的引力作用，卫星运动 服从开普勒三大定律 开普勒三大定律。 服从开普勒三大定律。 开普勒第一定律(椭圆定律) 开普勒第一定律(椭圆定律)：卫星以地心为 一个焦点做椭圆运动。 一个焦点做椭圆运动。 卫星
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卫星通信示意图
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三颗静止卫星就可基本覆盖全球， 三颗静止卫星就可基本覆盖全球，其应用较 为广泛，但地球上空的静止轨道只有一条， 为广泛，但地球上空的静止轨道只有一条， 轨道资源较为紧张。因此， 轨道资源较为紧张。因此，国际电信联盟 (ITU)鼓励采用对地倾斜同步轨道 鼓励采用对地倾斜同步轨道(IGSO)。 鼓励采用对地倾斜同步轨道 。 例如， 例如，我国北斗二代卫星导航系统同时采用 颗相隔60º的地球静止轨道卫星 了5颗相隔 的地球静止轨道卫星 和3颗倾 颗相隔 颗倾 及分布在3个 斜地球同步轨道卫星 ( IGSO星 )及分布在 个 星 及分布在 轨道面内24颗倾角为 ° 轨道面内 颗倾角为 55°的中高度圆轨道卫 星(MEO卫星 。 卫星)。 卫星
半长轴 半短轴 远地点 近地点
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解： rmin = hA + R = 439 + 6378 = 6817 km
rmax = hB + R = 2384 + 6378 = 8762km
人造卫星的轨道设计
人造卫星的轨道设计随着现代科技的发展，人造卫星已经成为了现代社会中非常重要的一部分。
人造卫星的轨道设计就显得尤为重要，它将直接影响到人造卫星的工作能力和寿命。
本文将介绍人造卫星的轨道设计以及相关的技术和原理。
一、什么是人造卫星的轨道？人造卫星的轨道是指每颗卫星在空间中运行的路径。
卫星的轨道可能是圆形、椭圆形、或者其他形状，轨道的形状和位置取决于卫星的用途以及需要观测或通信的地区。
人造卫星的轨道由轨道高度、轨道倾角、轨道形状、轨道方向等因素决定。
二、轨道高度轨道高度是指卫星在地球或其他天体表面以上的距离。
轨道高度越高，卫星运行的速度就越慢。
目前，低轨道和静止轨道是最常见的两种人造卫星轨道。
低轨道：轨道高度为1000公里以下，速度约为每秒7.9千米，飞行时间约为90分钟。
低轨道的优点是其低延迟，适合用于通信和观测等任务。
同时，低轨道的大气摩擦对卫星造成的损害较大，寿命较短，需要频繁地更换卫星。
静止轨道：轨道高度为地球赤道半径以上的距离，高度约为3.6万公里，速度为每秒3千米，飞行时间约为24小时。
静止轨道的优点是能够覆盖一个大范围的地区，适用于通信、天气预报等任务。
静止轨道的大气摩擦对卫星的影响较小，可以保证卫星的寿命。
三、轨道倾角轨道倾角是指卫星轨道平面与地球赤道平面之间的夹角。
轨道倾角越小，卫星越容易进入一些狭窄的地域，如北极或南极地区。
而轨道倾角大的卫星则更适合对赤道地区进行观测或通信。
一些商业通信卫星，由于需要覆盖全球各地，通常采用倾角为零的静止轨道。
四、轨道形状轨道形状通常被描述为圆形或椭圆形。
圆形轨道在轨道高度越高的情况下，更容易实现。
而椭圆形轨道能够实现更多的应用，因为它允许卫星在一段时间内离地球较远，然后在另一段时间内逼近地球。
这种椭圆形轨道被称为高椭圆轨道。
一些卫星，例如地球观测卫星，通常采用高椭圆轨道。
五、轨道方向轨道方向是指卫星绕行轨道时运动的方向。
人造卫星轨道可以是地球固定轨道（即卫星轨道平面与地球赤道平面重合），也可以是地球自转轨道（即轨道倾角与赤道平面夹角不为零）。
卫星能绕地球的原理是什么
卫星能绕地球的原理是什么
卫星绕地球的原理是由地球的引力和卫星的离心力共同作用，使卫星保持在一条稳定的轨道上。
首先，需要了解一些基本概念。
离心力是指物体在旋转过程中离开旋转中心，向外作用的力。
地球引力是地球对物体产生的吸引力，使物体向地球中心靠拢。
卫星的轨道主要分为两种类型：低轨道和高轨道。
低轨道一般指离地球表面1000公里以下的轨道，高轨道一般指离地球表面1000公里以上的轨道。
卫星绕地球的原理主要分为以下几个步骤：
1.卫星的发射：卫星首先由火箭发射到地球的轨道上。
火箭提供了足够的速度和能量，使卫星能够克服地球引力。
2.速度和角动量的平衡：一旦卫星进入轨道，它将具有足够的速度和角动量来保持在轨道上。
卫星的运行速度和角动量大小与轨道的稳定性直接相关。
卫星的速度必须使其受到地球引力的吸引力，同时也要克服地球引力的作用，使得卫星沿着圆形轨道运行。
3.引力和离心力的平衡：卫星绕地球时，地球的引力和卫星的离心力是相互平衡的。
地球引力保持卫星朝向地球，而卫星的离心力使其远离地球。
这两个力的平
衡使卫星维持在稳定的轨道上，保持相对地球的位置不变。
4.调整卫星轨道：有时候，卫星需要调整其轨道以满足特定的任务需求。
这可以通过使用卫星上的推进系统来实现。
推进系统可以改变卫星的速度和角动量，从而改变其轨道。
总结起来，卫星绕地球的原理是由地球的引力和卫星的离心力相互作用，使卫星保持在稳定的轨道上。
这种平衡状态使卫星能够完成各种任务，如通信、导航、地球观测等。
卫星轨道参数特点
2 卫星轨道参数与轨道特点
轨道特点 3、与太阳同步轨道：
指卫星轨道平面与太阳光之间 的夹角（太阳光照角）始终 保持一致的轨道。在一年中 进动360°,即卫星轨道面相对 于地球的角进动与地球绕太 阳公转的角速度相等。
2 卫星轨道参数与轨道特点
太阳同步轨道 作用（1）可使卫星通过同一
纬度的平均地方时不变 （2）有利于在最佳光照条件
下获取高质量影像和多时 相影像色调对比
2 卫星轨道参数与轨道特点
卫星轨道如何与太阳同步？
2 卫星轨道参数与轨道特点
轨道特点 4、可重复观测
地球资源卫星的按一定的周 期运行，一个重复周期对地 球扫描一次；然后，接着进 行下一个重复周期。。。。 实现可重复观测。
Hale Waihona Puke 第3章 遥感平台及运行特点
第2节卫星轨道参数与轨道特点
2 卫星轨道参数与轨道特点
对用于地球资源和环境遥感的航天平台要做到： ⑴.对全球表面进行周期性成像覆盖; ⑵.最大范围地获得地球表面信息； ⑵.保证在卫星通过北半球中纬度地区时有最佳光照条件； ⑶.同一地点、不同日期的成像地方时间、太阳光照角基本一
致。
2 卫星轨道参数与轨道特点
轨道特点 i
1、近极地轨道 卫星轨道平面与地球赤道平 面的夹角近90度。 轨道倾角越大，覆盖地球表 面的面积越大。
2 卫星轨道参数与轨道特点
轨道特点 i
2、卫星轨道近圆形 地球资源卫星的偏心率很小， 例如：LANDSAT3的偏心率 为0.00006.因此轨道为近圆 形。作用是：获取图像有相 近的比例尺；成像扫描仪具 有固定的扫描频率。
太阳同步轨道高椭圆轨道
太阳同步轨道高椭圆轨道
太阳同步轨道又称为地球同步轨道，是一种高椭圆轨道。
在太阳同步轨道上，卫星的周期与地球的自转周期相同，使得卫星能够以相对固定的位置绕地球运行，对地面上的某一区域进行持续的观测或通信。
高椭圆轨道是一种离心率较高的椭圆轨道，卫星在轨道上运行时会有较大的高低点距离。
太阳同步轨道的离心率一般较低，介于0.05到0.2之间，使得卫星的高低点距离相对稳定。
太阳同步轨道的倾角一般介于98°到102°之间，使得卫星在每
次绕地球运行时，相对于阳光来说总是从同一方向照射到卫星的太阳光线垂直于赤道面。
这样，卫星能够持续地观测到同一地区的阳光照射情况，对于气象、地质等领域的观测和通信传输非常重要。
太阳同步轨道的周期一般为24小时，与地球自转周期相同。
为了保持卫星与地球的相对位置不变，太阳同步轨道的卫星需要保持一定的运行速度和轨道倾角。
因此，太阳同步轨道一般是高度约为800到1500公里的低地球轨道。
太阳同步轨道的特点使其成为卫星通信和遥感观测的理想选择，常用于气象卫星、地球观测卫星、资源调查卫星等应用。
北斗卫星的基本结构
北斗卫星的基本结构北斗卫星的基本结构由空间段、地面段和用户段三部分组成。
一、空间段1.星座北斗卫星导航系统的空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。
5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°和160°。
非静止轨道卫星由27颗中圆轨道卫星和3颗倾斜同步轨道卫星组成。
其中，中圆轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间相隔120°均匀分布。
至2012年年底北斗区域导航正式开通时，共发射了16颗卫星，其中14颗组网并提供服务，分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星、4颗中圆轨道卫星。
相应的位置如下。
(1)静止轨道卫星的轨道高度为35 786km，分别定点于东经58.75°、80°、110.5°、140° 和160°。
(2)倾斜地球同步轨道卫星的轨道高度为35 7861an，轨道倾角为55°，分布在3个轨道面内，升交点赤经分别相差120°，其中3颗卫星的星下点轨迹重合，交叉点精度为东经118°，其余2颗卫星的星下点轨迹重合，交叉点精度为东经95°。
(3)中圆轨道卫星轨道高度为21528km，轨道倾角为55°，回归周期为7天13圈，相位从Walker24/3/1星座中选择，第一轨道面升交点赤经为0°。
4颗MEO卫星位于第一轨道面7、8相位、第二轨道面3、4相位。
二、地面段北斗卫星导航系统的地面段由主控站、注入站和监测站组成。
1、主控站用于系统运行管理与控制等。
主控站从监测站接收数据并进行处理，生成卫星导航电文和差分完好性信息，而后交由注入站执行信息的发送。
同时，主控站还负责管理、协调整个地面控制系统的工作。
2、注入站用于向卫星发送信号，对卫星进行控制管理，在接受主控站的调度后，将卫星导航电文和差分完好性信息向卫星发送。
椭圆轨道卫星速度计算
椭圆轨道卫星速度计算椭圆轨道卫星是一种在地球上空运行的人造卫星，它的轨道形状呈现椭圆形。
在计算椭圆轨道卫星的速度时，需要考虑它所处的轨道高度、地球的质量、引力等因素。
下面将详细介绍椭圆轨道卫星速度计算的过程。
我们需要了解一些基本概念。
椭圆轨道是一种椭圆形状的轨道，其中地球位于椭圆的一个焦点上。
椭圆轨道上的卫星在不同位置具有不同的速度。
根据开普勒定律，卫星距离地球越近，速度越快；距离地球越远，速度越慢。
为了计算椭圆轨道卫星的速度，我们首先需要知道卫星所处的轨道高度。
轨道高度是指卫星距离地球表面的最短距离。
常见的轨道高度包括低地球轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）和高地球轨道（GEO）。
低地球轨道的高度通常在100公里至2000公里之间，中地球轨道的高度通常在2000公里至35786公里之间，高地球轨道的高度大于35786公里。
在计算椭圆轨道卫星速度时，我们可以采用以下步骤：1. 确定卫星的轨道高度。
2. 根据轨道高度和地球的质量，计算地球表面的引力加速度。
地球的质量约为5.97×10^24千克，引力加速度约为9.8米/秒²。
3. 根据卫星所处位置距离地球的距离，计算卫星所受的引力大小。
根据引力定律，引力大小与距离的平方成反比。
4. 根据卫星所受的引力和地球的质量，计算卫星的运动加速度。
运动加速度是由地球的引力提供的，它决定了卫星的速度变化。
5. 根据卫星的运动加速度和轨道高度，计算卫星的速度。
速度可以通过加速度与时间的乘积来计算，其中时间可以通过轨道的周长和速度来计算。
需要注意的是，椭圆轨道卫星的速度是不断变化的。
在轨道的近地点，卫星的速度最快；在轨道的远地点，卫星的速度最慢。
卫星在轨道上运行时，速度会不断变化，但轨道高度和地球的引力决定了卫星的运动规律。
计算椭圆轨道卫星的速度需要考虑轨道高度、地球的质量、引力等因素。
通过计算地球表面的引力加速度、卫星所受的引力大小、卫星的运动加速度和轨道的周长，可以得出椭圆轨道卫星的速度。
卫星数学知识
卫星数学知识主要涉及人造卫星轨道六根数，这六根数用于表征卫星轨道形状、位置及运动等属性，可以用来确定任意时刻卫星的轨道和位置。
这六根数包括：
1. 半长轴a：这个根数决定了卫星轨道形成的椭圆长半轴的长度，及轨道的大小。
同时，这个根数也决定了发射卫星到这个轨道需要多少能量。
2. 离心率e：离心率决定了轨道的形状，离心率大于0小于1时，轨道为椭圆形，离心率越大，轨道越扁。
3. 轨道倾角i：行星轨道面对黄道面的倾角，是在升交点处从黄道面逆时针方向量到行星轨道面的角度。
4. 近地点幅角ω：从升交点沿行星运动轨道逆时针量到近地点的角度，决定了轨道平面内轨道的朝向。
5. 升交点黄经Ω：行星轨道升交点的黄道经度，决定了竖直z轴空间内轨道的朝向。
6. 真近点角φ：在轨道平面内，从近地点起沿卫星运行方向到卫星所在位置所转过的角度，除了用真近点角来表征外，还常常用平近点角、过升交点时刻、过近地点时刻等参量表征。
此外，根据运行轨道的不同，人造卫星可以分为低轨道卫星、中轨道
卫星、高轨道卫星、地球同步轨道卫星、地球静止轨道卫星、太阳同步轨道卫星、大椭圆轨道卫星和极轨道卫星等。
其中，地球同步轨道是指运行周期与地球自转周期相同的顺行轨道，地球静止轨道是这种轨道的一种特殊形式，其倾角为0，位于地球赤道上空35789千米处。
以上信息仅供参考，如需更专业的介绍，建议咨询航天工程专家或查阅相关文献资料。
气象卫星系列的轨道参数
气象卫星系列的轨道参数
气象卫星系列的轨道参数主要包括轨道高度、倾角、周期和偏心率等。
这些参数的选择直接影响卫星观测地球的方式和范围。
以我国的气象卫星为例，有两种主要类型的气象卫星：地球静止轨道气象卫星和太阳同步轨道气象卫星。
太阳同步轨道是圆盘极地轨道的一种特殊形式。
卫星沿轨道绕地球南北极运转，轨道面与太阳光照射方向的夹角在运动过程中始终不变。
我国发射的“风云一号”气象卫星就是采用这种太阳同步轨道，其轨道高度是900公里，倾角为99度，运行周期为102.86分钟，每天绕地球运行14圈。
地球静止轨道气象卫星则是指卫星绕地球赤道自西向东运转，并且轨道周期和地球自转周期保持一致的一种特殊的轨道。
要实现这一点，卫星的轨道倾角必须是0度，轨道高度必须是35800公里，这样卫星运行周期为24小时，恰好与地球自转的周期和方向保持一致，实现与地球的同步。
我国发射的“风云二号”气象卫星就是采用地球同步轨道。
此外，还有极地轨道气象卫星，如美国的NOAA系列气象卫星，它们从800-1500公里高度，南北向绕地球运行，对东西约3000公里的带状地域进行观测，一日两次，在极地地区观测密集。
这些不同的气象卫星系列和它们的轨道参数共同构成了全球气象卫星系统，这是世界气象监测网计划（World Meteorological Watch）的最重要的组成部分。
如需更多信息，建议查阅关于气象卫星的资料、文献，或者咨询专业的天文学家。
简述卫星系统的定位原理
简述卫星系统的定位原理卫星系统是一种利用卫星进行定位的技术，它通过卫星与地面接收站之间的通信和数据交换，实现对地面物体的定位。
卫星系统的定位原理主要包括三个方面：卫星轨道、测距和测角。
卫星轨道是卫星系统定位的基础。
卫星通常采用地球同步轨道、近地轨道或导航卫星轨道进行运行。
地球同步轨道是指卫星的运行周期与地球自转周期相同，使卫星能够固定在某一地区上空，提供持续的服务。
近地轨道是指卫星距离地球较近的轨道，其运行周期较短，能够提供更精确的定位服务。
导航卫星轨道是一种特殊的轨道，它能够覆盖全球范围，并提供全球定位服务。
测距是卫星定位的关键。
卫星系统通过测量卫星与地面接收站之间的距离来确定地面物体的位置。
测距的方法主要包括时间测距和载波测距。
时间测距是利用卫星和地面接收站之间的通信时间来计算距离，而载波测距则是通过测量卫星和地面接收站之间的载波相位差来计算距离。
这两种方法都能够实现高精度的测距，从而提供准确的定位服务。
测角是卫星定位的另一个重要方面。
测角是指通过测量卫星与地面接收站之间的角度来确定地面物体的方位。
测角的方法主要包括方位角测量和仰角测量。
方位角测量是通过测量卫星相对于地面接收站的方位角来确定地面物体的方位，而仰角测量则是通过测量卫星相对于地面接收站的仰角来确定地面物体的高度。
测角的精度和稳定性对于卫星定位的准确性至关重要。
卫星系统的定位原理主要包括卫星轨道、测距和测角。
通过合理选择卫星轨道、精确测距和准确测角，卫星系统能够提供高精度、高稳定性的定位服务。
卫星系统的定位原理为我们的生活提供了便利，使我们能够准确地确定自己的位置，并利用定位信息进行导航、交通管理等各种应用。
卫星系统的发展将进一步推动人类社会的进步和发展。
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卫星的轨道
航天器是在大气层外宇宙空间运行的飞行器，常见的就是人造地球卫星，基本上是以天体力学运动规律运行，这是航天器区别于其他飞行器或运动装置的特有的运动方式。
以牛顿力学为基础，航天器在受到的作用力下，航天器质心运动的轨迹，我们称之为卫星轨道。
经典轨道六要素
基于行星绕太阳的椭圆运动，约翰逊·开普勒提出了一种描述轨道的方法，可以直观的想象轨道的尺寸、形状和位置，开普勒抽象出了可以完全确定卫星，在空间运动的六个轨道要素，称为经典轨道要素。
第一轨道要素，为半长轴a，是轨道长轴的一半。
偏心率e用于描述某一轨道与圆轨道的区别，对于椭圆，偏心率e大于0小于1；对于抛物线，偏心率e等于1；对于双曲线，偏心率e大于1；圆轨道的偏心率为0。
倾角i，对于地球轨道，卫星定义为轨道面和地球赤道面的夹角，倾角为0度或180度的轨道，为赤道轨道。
如果i等于90度，则称为极轨，因为卫星运行，跨越北极和南极，通过倾角大小，划分两大类轨道，如果倾角在0度到90度之间，则称为顺行轨道，如果倾角在90度到180度之间，卫星运行的方向与地球自转的方向相反，则称为逆行轨道。
升交点是指卫星由南向北穿过赤道面的交点，相应的有降交点，是卫星由北向南穿越赤道面的交点，升交点赤经道Ω，是在赤道面内，度量的从春分点到升交点的夹角，春分点方向是指春天的第一天，地球与太阳之间的连线。
近地点幅角ω是在卫星运动方向，度量从升交点到近地点之间的角。
最后是真近点角θ，是从近地点到卫星位置矢量的角，真近点角在轨道平面内度量，并且总是沿卫星运动方向，在六个经典轨道要素中，只有真近点角随着时间变化。