实习三 卫星位置和地面站接收范围
1. 实习目的
1 ) 理解地面站接收极轨卫星的范围。
2 ) 会判断地面站接收到卫星信号的起始时间。
3 ) 能计算出卫星相对于接收站的方位角和仰角。
2. 实习方案
1 ) 假设要在NUIST （ϕ0=32.2°N ，λ0=118.5°E ）设置一极轨卫星接收站。
极轨卫星轨道高度H=830km 。
取地球半径R=6371 km ，计算该接收站的接收范围δmax
2 ) 在“实习二”中的图3-3上，标出NUIST 接收站的位置和接收范围δmax ，如图4-1所示意。
（为简单其间，接收范围δmax 用以接收站为圆心、半径为δmax 的圆表示。
可以在Excel 显示的图3-3上用Excel\工具\绘图来手工标出）
图4-1星下点轨迹与地面站接收范围的相对位置示意
NUIST 接收站的位置和接收范围δmax ，也可以标在如图4-2所示的北半球底图上(参考教材图4.24标出经纬度刻度)。
max cos()=R/(R+H)
δ
图4-2 北半球底图
3 ) 观察图4-1上的星下点轨迹与NUIST 站接收范围之间的关系。
如果星下点轨迹经过NUIST 站接收范围，则计算给出地面站可接收卫星信号的起、始时间（注意：轨道报给出的升交点时间为世界时，北京时=世界时+8小时）。
如果星下点轨迹不经过NUIST 站接收范围，则将电子表格中“星下点经度”一列减去“截距”, 再观察图4-1上的星下点轨迹与NUIST 站接收范围之间的关系, 重复此过程，直到图4-1上出现“星下点轨迹经过NUIST 站接收范围”为止。
出现“星下点轨迹经过NUIST 站接收范围”时，请计算给出地面站可接收卫星信号的起、始时间。
4 ) 利用上一步得到的电子表格中的数据（每2分钟一次的星下点经纬度(,)s s λϕ），用以下公式计算NUIST 接收站每2分钟一次的卫星方位角α、仰角β。
经度差：∆λ=λs —λ0 大圆δ:
00arccos(sin sin cos cos cos )s s δϕϕϕϕλ=+∆ 方位角α:
s i n c o s a r c s i n [
]
s i n s
λϕαδ
∆= 仰角β:
c o s a r c t a n []s i n R R h δβδ
-
+= 当β=0时, c o s
e
e R R h
δ=+
此时的δ为max arccos()e
e R R h
δ=+ 注意:
( 1 )EXCEL 中可查“帮助\数学和三角函数”中相关公式的语法。
( 2 )用EXCEL 计算三角函数值时, 角度( °)要化作弧度(*3.14/180)。
( 3 )计算中用到反余弦ACOS(number)、反正弦ASIN(number)、反正切 ATAN( number )。
弧度转为度 DEGREES( 弧度)。
5 ) 在“实习二”制作的电子表格中增加三列，分别用来填写上述计算得到的δ、α、β。
3. 实习结果
(1)
所以，H=830km ，R=6371 km ，代入上式，可得：
δmax=27.7947°
（2）
(3)
∙
max cos()=R/(R+H)δ
(4)最后制作出的三列表格如下：
δαβ
141.5262824 141.5262824 -69.53751536
140.5036712 140.5036712 -68.99102348
138.4538663 138.4538663 -67.89490371
135.5764295 135.5764295 -66.35456113
131.9797887 131.9797887 -64.42624093
127.7629743 127.7629743 -62.16070684
123.1141351 123.1141351 -59.65636256
118.0607702 118.0607702 -56.92492214
73.96254893 73.96254893 -32.33290705
107.336691 107.336691 -51.08933118
101.6648548 101.6648548 -47.97627674
95.88606433 95.88606433 -44.78066462
90.12472943 90.12472943 -41.56582125
84.21851013 84.21851013 -38.23366809
78.28172546 78.28172546 -34.83840553
72.46141541 72.46141541 -31.45400046
66.55015522 66.55015522 -27.94505083
60.65386581 60.65386581 -24.35212115
54.91269159 54.91269159 -20.73632104
49.25300931 49.25300931 -17.01927014
43.92322838 43.92322838 -13.32887392
39.00868359 39.00868359 -9.698233138
34.56746776 34.56746776 -6.152855317
30.99704332 30.99704332 -3.048805615
28.56606063 28.56606063 -0.761690881
27.70854242 27.70854242 0.086346695
28.39567099 28.39567099 -0.595043592
30.72170668 30.72170668 -2.797656059
34.24401514 34.24401514 -5.882199981
38.72919252 38.72919252 -9.483471997
43.73061963 43.73061963 -13.19120101
49.26140552 49.26140552 -17.02492207
55.18329703 55.18329703 -20.90987907
61.30538697 61.30538697 -24.75451205
67.50568623 67.50568623 -28.51793505
73.86245891 73.86245891 -32.27444298
80.34060239 80.34060239 -36.02174048
86.84134815 86.84134815 -39.71846261
93.37564841 93.37564841 -43.38372231
100.0091879 100.0091879 -47.06336529
106.5413407 106.5413407 -50.65404077
113.1415251 113.1415251 -54.25533896
119.7577241 119.7577241 -57.84331217
126.3469376 126.3469376 -61.39867057
132.8019688 132.8019688 -64.86735775
139.1332217 139.1332217 -68.25828888
145.3075939 145.3075939 -71.55644509
151.1181416 151.1181416 -74.6538609
156.4316776 156.4316776 -77.4819753
160.5640208 160.5640208 -79.67909257
163.0077709 163.0077709 -80.97762523
162.235422 162.235422 -80.56727923
4.实习结语
通过本次实习，我学会了如何理解地面站接收极轨卫星的范围；可以简单判断地面站接收到卫星信号的起始时间，以及能够计算出卫星相对于接收站的方位角和仰角。
对于Excel的应用，感觉又深入了一层。