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仰角
(天文學術語)
鎖定
- 中文名
- 仰角
- 外文名
- elevation
- 學 科
- 天文學
- 常 數
- 90°
- 影響因素
- 地面觀察者所處位置
- 變 化
- 隨着衞星在其軌道上的運動變化。
仰角定義
衞星的仰角,即在某給定的時刻,位於地球上的點P的觀察者到衞星的視線與當地地平線之間的夾角(如圖1所示)。通常用它來描述衞星在某時刻經過觀察者上方的位置,仰角為90。表示衞星在觀察者正上方。
仰角性質
仰角參數
實際上,決定某一時刻衞星仰角的參數有許多,它們都是描述衞星與地面觀察者相對位置的參數。這些參數包括觀察者所處位置的緯度和經度,衞星距離地面的高度,衞星的軌道傾角
,以及衞星處於軌道上的具體位置(衞星的緯度和經度)。
例如,赤道上的一個觀察者(即觀察者的緯度為0°),觀察一個在赤道平面內圓形軌道上的衞星(傾角為0°)。當衞星沿着其軌道運行時,它將從這個觀察者的頭頂正上方經過,而它的仰角將從0°增加到90°,然後再減小到0°(對於赤道上任意點的觀察者都是這樣)。
仰角最大仰角
只有在衞星正下方觀察,衞星的仰角才為90°。因此,對於赤道上空的衞星,如果觀察者不在赤道上,則衞星的仰角永遠也不會是90°。同時,最大仰角取決於觀察者所處位置的緯度、衞星與觀察者處在同一經度時的飛行高度,以及衞星軌道遠地點和近地點的高度。例如,對一位處在45°緯度的觀察者來説,一顆赤道圓形軌道上飛行高度為500km的衞星的最大仰角只有17°。這時最大仰角會隨着衞星高度的增加而增加,對於軌道高度36000km的地球同步軌道衞星,對同一觀察者的最大仰角會達到38°(當衞星與觀察者處於同一經度時的仰角)。
衞星的星下點軌跡不會到達緯度大於其軌道傾角的地區。因此,在緯度高於衞星傾角的地區,雖然有可能看到衞星,但是衞星永遠也不會經過頭頂,衞星的最大仰角將會小於90°。
仰角應用
衞星在某些特定地點的仰角,會對其應用產生關鍵性的影響,所以通過一個衞星的仰角經常能夠看出其用途。例如,在一段時間裏,衞星地面測控站會無法收到某個低仰角衞星的信號,這主要有兩個原因:首先,與來自高仰角衞星的信號相比,低仰角衞星的信號穿過稠密大氣的路徑要更長,這就使信號強度衰減的更為嚴重;其次,地平線上的某些物體(如高層建築物或高山)可能位於地面站和衞星之間,這就阻斷了衞星信號的傳輸。在建築物密集的城市中,高層建築物會阻擋地面通信站與低仰角的衞星通信信號的傳送,最嚴重的情況甚至能阻擋仰角為70°的衞星與測控站間的通信,因此城市中的衞星信號接收機和發射器一般都安裝在建築物的頂端。
地球同步軌道通信衞星對於美國比對俄羅斯更加有應用價值,因為近赤道軌道衞星不能很好的覆蓋地球的兩極和高緯度區域,而俄羅斯的許多重要軍事設施都是位於北極圈附近。因此,俄羅斯一般使用軌道傾角較大的衞星,這類衞星在其軌道的相應位置可以很容易地覆蓋北半球高緯度地區。當這類衞星的軌道為大橢圓且其遠地點位於北極附近上空時,對這些地區來説這些衞星就能夠在頭頂停留很長的時間,也就能夠發揮更大的作用。
[1]
仰角公式
式中,
和
分別為觀察者的緯度和經度;
和
分別為衞星的緯度和經度。
對於赤道圓形軌道,
=0°。觀察者所看到的最大衞星仰角為
,這發生在衞星和觀察者處於同一經度(
=
)時刻,此時式(1-2)可化簡為
(1-3)
因此,位於緯度
處的觀察者看到的一顆赤道圓形軌道衞星的最大仰角為
(1-4)
由式(1-4),對於一個位於緯度45°的觀察者,一顆h=500km的赤道圓形軌道衞星的最大仰角
=17°。
高層建築物會對仰角在70°以內的衞星信號有干擾作用。用這個公式,可以計算出對於一顆赤道同步衞星,相應的緯度為18°。