( 上)
◆南京
沈永明
图 1 Kep s 根数示意图
图 2 TLE 格式结构
着国民经济的日益发展和综合国力的不断提高, 2007 年已成为我国卫星 发射的第一个高峰年, 今年将陆续发射了一系列卫星。这包括已发射的北
斗导航卫星、鑫诺 3 号广播电视专用卫星 、中 星 6B 通信广播卫星, 还要发射的 中星 9 号直播卫星 、嫦 娥 1 号探月卫星等, 令所有关心我国航天事业和卫星广 播电视事业的爱好者欢欣鼓舞。在这陆续而至的美好时光里, 就让我们运用卫 星跟踪软件来寻和描绘卫星运行的美妙轨迹吧! 着 航 空 航 天 技 术 的 日 益 发
展, 越来越多的卫星和探测
器 被 发 射 至 太 空 轨 道 中 运 行。为了准确地观察和预测这些卫星
和探测器在轨道上位置, 人们开发出 卫 星 跟 踪 软 件 ( Sat ellit e T racking Soft ware ) , 配合互 联网上提供的相 关 卫星轨道参数, 运用软件来计算卫星 在
轨参数、模 拟卫星运行轨迹, 以帮助 使
用者了解卫星的运行状态。 卫星轨道参数
利用卫星跟踪软件对卫星运行轨 道进行仿
真, 要求必须提供精确的在
轨 参 数 , 这 个 参 数 称 为 Kep lerian Ele m ents ( 开 普 勒 根 数 ) , 简 称 “Ke p s 根数”, 它是以 1600 年代初期的德国 天文学家开普勒 ( Jo h an n es Kep ler , 1571—1630) 命 名 , 以
纪 念 这 位 伟 大 的科学家, 最早用数学方式来描述人 造卫星轨道。
现 今 的 Kep s 根 数 是 加 拿 大 和 美 国 合 建 的 NORAD ( Nort h Ameri can
Air D efens e C o m m an d : 北美防空联
合司令部) 用地面雷达测量出来的, 此 根数代表在某天瞬间时刻下, 该卫星 的 位 置 与 速 度 。 NASA ( Nat ional
Aeronaut icsandSp aceAdministrat ion :
美国国家航空航天局) 网站通常会定 期地公布 NORAD 提供的大部分卫星 轨道参数资料, 我们可以登陆网络获 取最新的卫星 Kep s 根数, 配合卫星 跟踪软件就能正确地计算出卫星经过 的时间及方位。
1、Ke ps 根数术语
衡 量 一 颗 卫 星 在 轨 状 态 的 Kep s 根数有很多, 如图 1 所示。
其中 T 0( Ep o ch t ime ) 为参数测试 时 间 ; M0 ( M ea n ano m aly ) 为 平 均 近 点 角 ; N0 ( M ean a ct ion ) 为 日 环 绕 圈 数 ; I0 ( Inclinat ion ) 为 倾 角 ; E0 ( Eccent ricity ) 为 偏 心 率 ; W0 ( Arg of
p eri gee ) 为近地点幅角; O0( R.A.A.N )
为升交点赤经; K0 ( Ep och revolution ) 为在轨圈数; A0 ( Se m i- major Axis ) 为
随
随
半长轴; D ec ay rat e : 衰减率。第1 行的“31577U、07021A”和升交点赤经,“0. 7603587”是轨道偏
2、Ke ps 根数格式第2 行的“31577 ”都是卫星编号，心率, “179.8188”是近地点辐角,
连接扣件
感应太阳能路灯我们使用的卫星轨道Keps 根数“31577 ”是NORAD 编号,“07021A”“181.6087” 是平近点角，文本文件主要有两种格式, 一种是是国际, “07151.95201997 ”是儒“1.91127924”是每天环绕圈数, “1”表NASA 的TLE 格式，一种是AM SAT略日( Julian Day) 计数, 就是儒略历示绕行为1 圈, “3”为校验和。
的描述型格式, 此外还有OLE 格式,07 年 1 月 1 日开始算起的有了以上这两行参数, 特别是第2但不太常用。151.95201997 天, 换算成具体日期行参数, 基本上就能够确定和描述一( 1) TLE 格式就是5 月31 日22:50:55 时刻测试个卫星的轨道。
采用T LE( T wo- Line Ele m ent: 两的, 不过这是UTC ( UT C: Univ ersal( 2) AM SAT 格式
行根数)格式的结构如图2 所示。Time Coor din at ed ) 通用协调时, 它与世界业余卫星组织( AM SAT：在TLE 文件里, 一颗卫星的格林威治平均时( GM T: Gre enw ich Am at eur Sat ellit e ) 定义了一种描述型Kep s 根数由0、1、2 三行组成, 其中第M ean T ime ) 一样, 都与英国伦敦的格式, 即AMSAT 格式, 例如ISS( 国际0 行是一个最长为24 字符的人造卫本地时相同。如果转换为北京时间，空间站)的TLE 格式如下:
星通用名称。第 1 行和第 2 行是标准则需要加上在北京的时区差( + 8小ISS
的两行式轨道数据格式, 每行69 个字时) , 即为6 月1 日06:50:55 时刻。 1 25544U 98067A 06196.69889642符。其中“N”的位置只能是数字, “A”“-0.00071063 ”是平均运动的一阶时.00020000 00000 - 0 20000 - 3 0的位置只能是大写的“A～Z”，有“+”的间导数,“58219 - 6 ”是平均运动的二9003
位置表示负号(- ) 或空格, 有负号(- )阶时间导数, “-68526 - 2 ”是BST AR 2 25544 51.6309 40.6041 0010561的位置可以是正号(+ ) 或负号(- ) , 有拖调制系数。80.8348 279.4011 15.76316196空格和“.”的位置表示本来的含义, 每第2 行的“25.0699”是卫星轨道37666
一列的具体意义如表1、2。倾角, 由于还处在转移轨道上, 倾角较如采用AM SAT格式则有13 行，例如, 以图2 中例举的SINOSAT大。对于同步轨道卫星来讲, 正常工作如下表3 所示。
3 卫星来讲：时, 倾角是接近于0 的。“120.9702”是( 3) OLE 格式
图 3 OLE 格式结构
用 轨 道 摄 动 根 数 描 述 集 —- TLE 对 卫 星的位置和速度进行预测, 并用此方 法建立了一个卫星数据库, 管理和记 录目前全世界所有已发射卫星的轨道
Kep s 根数。
在 M SGP 中 , 分 为 SGP 、SGP4、 SGP8、SDP4、SDP8 五
个 数 学 模 型 ( mat himat ical ) 计算, 并把围绕轨道运 行的飞行器分为两类, 以适用不同的 数学模型计算。
1、
对于 轨 道 周 期 小 于 614 圈/天 ( 225min ) 的 近 地 轨 道 飞 行 器 , 使 用 SG P 、SGP4、SGP8 数 学 模 型 计 算 , 并 使用幂律分布函数计算大气阻力。
2、
对于周期等于或大于 225min 的深空轨道飞行器, 使用其扩展数学 模型 SDP4、SDP8 计算, 其算法是
根 据 TLE 数据提供的特殊平均轨道根数 以及大气阻力系数, 考虑了大气阻力、 第三体引力 、太 阳光压等摄动的影响, 采用平均的思想, 将各类摄动分为周 期项与长期项, 推出解析解, 最终递推 得到新的轨道根数。
卫 星 跟 踪 软 件 严 格 遵 循 NORAD 轨道位置的精确计算方法, 所有使用 该数学模型的卫星跟踪软件计算出的 人造卫星的位置和速率, 应与 NORAD
的结果完全吻合。
例如, 在 2006 年 10 月 29 日 0 时
20分, 我国第一颗广播电视直播卫星
鑫诺 2 号, 在西昌卫星发射中心用 “长 征 3 号乙”运载火 箭发射升空, 在之后 的入轨期间内, 所有关注卫星运行进
展的卫视爱好者, 除了上网查看有关 网站上的消息外, 就是通过卫星跟踪 软 件 来 预 测 卫 星 位 置 。 与 此 同 时 , NORAD 也每天及时地发布两
次 该 卫 星的轨道位置数据, 使得互联网上的 很多卫视爱好者能够运用相关的卫星 跟 踪 软 件 来 追
踪 鑫 诺 2 号 的 变 轨 、定 位状况, 从而最早于该年的 11 月 6 日 发 布 了 鑫 诺 2 号 定 位 出 现 失 误 的 消
息, 引起了国内卫视爱好者的关注和 讨论。
Simp lifie d G e n era l P erturb at io ns ) 通沐浴粉
图 6 鑫诺 2 号卫星轨道参数 ×
KKS689
NORAD 也
在 其 定 位 出 现 故 障 后 的几天里, 每天数据的更新率变成了 罕有的三次 , 例 如 , 在 北 京 时 间 11 月 17 日 23:54:47 公 布 的 鑫 诺 2 号 的 TLE 参数如下:
SINOSAT 2
1 29516U 06048A 06321.66304547 - .00000241 00000- 0 10000- 3 0 249 2
29516
000.3541 271.6594 0028352
147.6770
329.5314
01.00296377 253
从 而 引 起 了 更 多 爱 好 者 的 猜 测 , 直至鑫诺卫星通信公司于 11 月 28 日 正式宣布, 鑫诺 2 号卫星由于定点过 程中出现技术故障, 致使太阳帆板二 次 展 开 和 通 信 天 线 展 开 未 能 完 成 , 卫 星无法提供通信广播传输服务, 才结 束了这场讨论。
从 上 面 的 事 例 可 以 看 出 卫 星 跟 踪 软 件 的 作 用 , 现 在 的 卫 星 跟 踪 软 件 很 多 , DOS 版 本 有 Predi ct , Win dows 版 本 最 著 名 的 有 Lo gsat 、Nova for
W indo ws 等, 不过大多数为共享或商
业 软 件 , 而 且 均 为 外 国 人 开 发 的 软 件 , 由 于 界 面 语 言 的 障 碍 , 一 般 用 户 会 面 临 安 装 和 使 用 上 的 困 难 , 为 此 我 们 从 中 挑 选 出 几 款 各 具 特 的 、
W indo ws 版本下的免费软件, 简洁地
介绍给大家。
1、基于 J av a Script 的表示人造卫
星位置的软件
进 入 日 文 网 站 http : / /
ho m e p a ge 2 . n ifty . co m / m _k a m ad a /
jav ascr ipt / s at ellit e / i nd e x. ht m 页 面 , 就是【J ava Sc rip t で人工衛星の位置を 表示する】卫 星跟踪软件界面, 可以在 线进行卫星运行状态查询。
( 1) 卫星选择
在 图 片 界 面 上 方 的 第 2 行 , 为 跟 踪 卫 星 的 选 择 栏 , 例 如 我 们 曾 经 查 询 “鑫 诺 2 号 ”卫 星 , 只 要 点 击 该 行 右 边 的 “! ” 下 拉 菜 单 按 钮 ( 图 4 ) , 选 择 “SINO SAT - 2 ”即 可 出 现 以
鑫 诺 2 号 卫 星 为 主 的 卫 星 实 时 位 置 显 示 主 界 面 。
( 2) 功能显示选择
主界面上方的第 1 行, 为功
能显示选择栏, 如图 5 所示, 该界
面 是 经 IE 浏 览 器 内 嵌 【东 方 快
车】日中翻译软件翻译后所截取
的 界 面 ( 注 意 : 翻 译 不 太 准 确 , 仅
供参考) , 其中①～⑦为 人为添加 的编号。
选择①, 显示地图功能; 选择
②, 显 示 经 纬 网 格 线 ; 选
择③, 显
示 地 图 边 界 线 ; 选 择 ④ , 添 加 卫 星 名 称 的 文 字 标 注 ; 选
择⑤, 显 示 所 跟 踪 卫 星 的 时 间 ; 选 择 ⑥, 弹 出 所 跟 踪 卫 星 的 详 细 状 态 资
料 , 如 图 6 所 示 , 显
示 鑫 诺 2 号 卫星 TLE 格式和 AM SAT 格式的 Kep s 根数。 选择⑦, 模拟卫星的实 时 跟 踪 , 刷 新 时 间 可 通 过 界 面 右 下 方 的 【动 作间隔 】
里 栏里选择。最右 边 为 图 片 显 示 的 分 辨 率 , 有 640 ×400 、800 ×500 和 1024 640 三 种 模 式 , 根 据 你 的 电 脑 屏 幕 分 辩率的设置, 选择与之适合的模式。
图片界面的下面的第 1 行, 为实 时跟踪时间显示, 选择 【自 动更新 】, 可 以进行网络校时, 最右边为时区选择。 界面的最下面为卫星种类图例, 用各 种颜的图标显示国际空间站、气象 卫星、地球资 源卫星 、静 止通信卫星等 各种功能和用途的卫星。
( 3) 关于 Ja v a Scrip t
Jav a Scr ipt で 人 工 衛 星 の 位 置 を 表 示 す る 界 面 采 用 J av a Scrip t 语 言 , 它 是 一 种 具 有 安 全 性 能 的 脚 本 语 言 ,
此语言可嵌入或调入在标准的 HTM L 文件中。使得信息和用户之间不仅只
是一种显示和浏览的关系, 而是实现 了一种实时的 、动 态的 、可 交式的表达 能力。这样静态的 HTML 页面就被可 提供动态实时信息, 并对客户操作进 行 反 应 的 Web 页 面 所 取 代 。 透 过 Jav a Script 语言, 可以回
应使用者的 需求而不用网络来传回资料。也就是 说, 当一位使用者输入一项资料时, 它 不 用经过传 给 服 务 器 ( server ) 处 理 再 回 传 的 过 程 , 而 是 直 接 被 客 户 端 ( client ) 的应用程式所处理。
正是由于 Java Script 语言具有以 上 的 特 点 , 使 得 用 户 使 用 简 单 、方 便 ,
图8 Orbitro n 主界面
图9 设定界面
图10 打开界面
图7 Or b itro n3.71 简体中文版下载页面图11 更新完成界面
由于是在线使用, 因此数据更新实时, 不过该网站登陆比较困难, 有时长时间不能进入。
2、Orbitron 软件的安装和使用
Orbit ron 是为业余无线电爱好者和希望目测观察卫星的追星爱好者所设计的一款卫星追踪软件, 该软件可同时追踪两千多颗卫星用实时或模拟方式显示任意时刻卫星与地球的相对位置。内置全球城市的资料库作为观测点的选择，并可通过NTP 服务器自
动校正电脑内部时钟, 已被气象专家、卫星通信、UFO 研究玩家和天文爱好
者广泛采用。
( 1) 软件的下载和安装
Orbit ron 是由波兰的一个天文爱好者Se bast i an St off(塞巴斯蒂安·斯托弗) 先生所开发的卫星跟踪软
件, 该软件属于Cardw are ( 明信片软件) , 意思就是如果您觉得软件好用, 并且想注册, 支持作者的工作, 那么就给作者寄一张有您当地风景的明信片。当然, 如果是业余无线电爱好者(HAM)也可以寄去Q SL 卡片。
Orbit ron 软件最初为英文界面的版本, 之后随着该软件知名度的提高, 出现了许多其它国家的网友所编译的
语言包, 其中也包含由BD7CE ( Lu Juhe )先生的中文版本。安装时, 首先到该作者的网站www.st off.p l 下载, 网站采用英文界面, 在其上方有一系列的国旗标志, 点击我国的五星红旗链接, 进入Orbit ron 3.71 简体中文版页面( 图7) , 就可以下载中文语言包的安装版本。
下载软件完成后进行安装, 安装起来比较简单, 默认安装即是中文,
一路按回车键, 直至安装完毕。
( 2) TLE 数据更新
安装完成后, 会自动运行Orbitron
软件, 并且弹出是否更新星历参数的
对话框, 点击“确认”进行更新( 图8) 。
会弹出【设定】界面( 图9) , 点击
“取消”按钮, 暂时不更新。
如果你需要查看近期发射的卫星
参数, 可点击图8 界面右边的“载入星
历”按钮, 在弹出的【打开】界面中，选
择“Tle”文件夹下的“tle - new”更新文
件( 图10) 。
超导失超
同样会弹出是否更新星历参数的
对话框, 点击“确认”进行更新。此时如
果你的电脑已连接到网络上, 会自动链
接www . c el est ra k . c o m / NORAD /
el e m ent s/网页进行下载更新(图11)。
由于数据包并不大, 几分钟就会完成更
新。
注意: 初次使用时, 此时你的电脑
桌面处于被Orbit ron 软件界面所占用
的全屏幕状态, 要想进行其它工作, 需
要按动电脑键盘上的“Es c ”键, 在弹出
的选项菜单栏里，去掉“全屏幕”前面
的“√”，才能退出全屏幕状态。
( 3) 软件使用
在图8 的主界面中, 可以分为星
历信息、菜单控制和主界面三个不同
的窗口。
①星历信息
Orbit ron 软件内置了很多卫星的
星历, 具体如表5 所示, 这也是
Ce lest rak 网站所发布的各种卫星的
Kep s 根数。它不仅可以用来跟踪同步
卫星, 也可以用来跟踪一些特殊轨道
的卫星, 只要在星历信息窗口中, 通过
“载入星历”按钮选择所要观察的卫
星, 将其载入即可。
载入星历之后, 可以点击“信息”
按钮, 得到卫星的一些具体的轨道参数。
例如今年6 月1 日零时8 分发射的鑫
诺3 号卫星, 所有关注这颗卫星的朋友
都可以用这个软件来了解该卫
星的状况。我们只要选择“t le - new”文
件, 载入后, 选择“SINOSAT 3”, 然后
通过“信息”按钮，就可以查看该卫星
目前所处的经度、纬度和一些其它的
轨道位置数据(图12) 。
②菜单控制
在菜单控制里, 有【主菜单】、【查
看】、【地名】、【卫星及轨道信息】、【预
测设定】、【预测】、【旋转器/电台】、【关
豫公网安备41160202000603
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