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怎样知道卫星在按预定的轨道飞行?一般有几种方法?常用的无线电测轨系统有几种?

发布日期:2008年04月28日字体: 【大】【中】【小】

  卫星在轨道上是按照预定的轨道飞行的,那么我们在地面怎么能知道卫星是否沿预定的轨道飞行呢?这靠的是卫星跟踪测轨系统。

  什么是卫星跟踪测轨系统呢?简单地说,卫星跟踪测轨技术是对飞行中的卫星进行跟踪,而为了完成跟踪测轨任务所需要的设备就组成了卫星的跟踪测轨系统。

  卫星跟踪测量的手段主要有两种:一种是光学测量,即利用望远镜、光学经纬仪、电影经纬仪、高速摄影机、激光测距仪等光学仪器,对卫星进行跟踪测量。这种手段不需要卫星太多的配合,只是观测、记录它的运动情况。由于是光学方法,所以它受卫星的大小和表面反射特性、观测时间、天气的好坏等因素的影响和限制,因此其跟踪的范围有限。

  另一种就是无线电测量。它不受天气影响,可以实现全天候跟踪测量,地面通过无线电和卫星建立联系。无线电测轨系统是由星上和地面两部分组成的,星上部分有发射机、接收机、天线等;地面部分有测控站,在测控站内有各种不同用途的雷达、发射机、接收机、天线、数据终端、计算机以及记录显示设备等。这些设备总的说来有两大类,一类用于接收卫星传给地面的信息,另一类用来向卫星发射信号。常用的卫星无线电测轨系统有雷达测轨系统、多普勒测速系统和干涉仪系统。

  卫星的轨道是在卫星发射前就设计好的。但是那是理论轨道,在卫星发射后真正运行的轨道成为实际轨道,实际轨道往往和理论的轨道不完全一致,由于各种原因两者总是有偏差。一般情况下,末级火箭的熄火点就是卫星的入轨点,当卫星与火箭分离刚刚进入轨道时,由于我们一直测量火箭的飞行参数,也就知道了卫星入轨点的参数,我们称它为卫星的初始轨道参数,或简称卫星的初轨。

  知道了它的初轨后,再连续跟踪一段距离,取得了一系列的数据,我们就能计算出卫星整个的运行轨道,也就是能知道它下一圈在什么地方,以及任何一个时刻卫星会飞到什么地点的上空,这就是卫星的轨道预报。再经过一段时间轨道调整,卫星就能进入预期的运行轨道。

  卫星在长期运行中,由于受到地球引力的影响、大气阻力的影响、太阳和月球引力的影响,它的轨道会产生微小变化,我们称这种变化为“轨道摄动”,因此对轨道要不断地跟踪测量,必要时还要进行轨道修正和保持。因此我们可以看出,在卫星的整个飞行期间都需要跟踪测轨系统的支持。

  卫星上装的无线电测控设备,一种称为无线电信标机,另一种称为雷达应答机,还有一种叫做多普勒测速仪的设备。

  卫星上的信标机连续地(也可以是间断的)以一定的频率向地面发射特定的无线电信号,它的波束比较宽。地面测控站的接收雷达天线在不停地转动,根据星历表的指引,在茫茫的太空搜索捕获卫星目标。由于形标记发送信号的波束比较宽,覆盖的范围就比较大,所以地面雷达就容易搜索捕获到卫星目标。由于它可以用来引导另一种雷达跟踪卫星,所以星上的这种信标机也叫引导信标机。

  另一种雷达叫单脉冲雷达。它在引导信标机的导引下,向卫星上的雷达应答机发射信号,应答机接收到信号后再向地面站回答一个信号。这种雷达的波束很窄,测量的精度很高,在这一来一往、一应一答得电波传送中,利用这些信息就能够算出卫星所处在的方位、高度和飞行的速度,进而可以得到卫星精确的实际轨道数据。这就是雷达测轨系统的工作过程。

  还有一种常用的跟踪测量手段,它就是利用多普勒测速仪来测量。多普勒测速仪的工作原理是利用相对引动的物体频率的变化。原来,电磁波的传播有这样一种特性,当一个发出固定频率的波的物体,相对于观察地点有相对运动时,在观察地点收到的频率不是原来的固定频率,而是随着它们的相对速度而变化的。它的变化规律是,当物体向着观察点接近时,波长就变短,频率就变高;而远离观察点时,波长就变长,频率就变低。这种现象就称为“多普勒效应”。这样,通过频率的变化就能计算出卫星的高度、速度和方位。若用此法连续测量,就可得可到精确的卫星实际轨道数据。

  ——转自《叩开太空之门》

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