仰角

天文学术语

卫星的仰角是卫星与观察者所在处的地平线之间的夹角。通常用它来描述卫星在某时刻经过观察者上方的位置，仰角为90°表示卫星在观察者正上方。因为仰角与地面观察者所处位置有关，所以对于地面上不同的观察者来说，观察同一个卫星的仰角是不同的，另外仰角还随着卫星在其轨道上的运动而不断变化。

定义

卫星的仰角，即在某给定的时刻，位于地球上的点P的观察者到卫星的视线与当地地平线之间的夹角（如图1所示）。通常用它来描述卫星在某时刻经过观察者上方的位置，仰角为90。表示卫星在观察者正上方。

性质

参数

实际上，决定某一时刻卫星仰角的参数有许多，它们都是描述卫星与地面观察者相对位置的参数。这些参数包括观察者所处位置的纬度和经度，卫星距离地面的高度，卫星的轨道倾角，以及卫星处于轨道上的具体位置(卫星的纬度和经度)。

例如，赤道上的一个观察者(即观察者的纬度为0°)，观察一个在赤道平面内圆形轨道上的卫星(倾角为0°)。当卫星沿着其轨道运行时，它将从这个观察者的头顶正上方经过，而它的仰角将从0°增加到90°，然后再减小到0°(对于赤道上任意点的观察者都是这样)。

最大仰角

只有在卫星正下方观察，卫星的仰角才为90°。因此，对于赤道上空的卫星，如果观察者不在赤道上，则卫星的仰角永远也不会是90°。同时，最大仰角取决于观察者所处位置的纬度、卫星与观察者处在同一经度时的飞行高度，以及卫星轨道远地点和近地点的高度。例如，对一位处在45°纬度的观察者来说，一颗赤道圆形轨道上飞行高度为500km的卫星的最大仰角只有17°。这时最大仰角会随着卫星高度的增加而增加，对于轨道高度36000km的地球同步轨道卫星，对同一观察者的最大仰角会达到38°(当卫星与观察者处于同一经度时的仰角)。

卫星的星下点轨迹不会到达纬度大于其轨道倾角的地区。因此，在纬度高于卫星倾角的地区，虽然有可能看到卫星，但是卫星永远也不会经过头顶，卫星的最大仰角将会小于90°。

不同轨道周期内，星下点轨迹均重合的卫星只有两种，一种是任意高度的赤道轨道卫星，另一种则是地球同步轨道卫星。对于不在它们星下点轨迹上的观察者来说，这两种卫星的仰角永远都不会达到90°。

应用

卫星在某些特定地点的仰角，会对其应用产生关键性的影响，所以通过一个卫星的仰角经常能够看出其用途。例如，在一段时间里，卫星地面测控站会无法收到某个低仰角卫星的信号，这主要有两个原因：首先，与来自高仰角卫星的信号相比，低仰角卫星的信号穿过稠密大气的路径要更长，这就使信号强度衰减的更为严重；其次，地平线上的某些物体(如高层建筑物或高山)可能位于地面站和卫星之间，这就阻断了卫星信号的传输。在建筑物密集的城市中，高层建筑物会阻挡地面通信站与低仰角的卫星通信信号的传送，最严重的情况甚至能阻挡仰角为70°的卫星与测控站间的通信，因此城市中的卫星信号接收机和发射器一般都安装在建筑物的顶端。

地球同步轨道通信卫星对于美国比对俄罗斯更加有应用价值，因为近赤道轨道卫星不能很好的覆盖地球的两极和高纬度区域，而俄罗斯的许多重要军事设施都是位于北极圈附近。因此，俄罗斯一般使用轨道倾角较大的卫星，这类卫星在其轨道的相应位置可以很容易地覆盖北半球高纬度地区。当这类卫星的轨道为大椭圆且其远地点位于北极附近上空时，对这些地区来说这些卫星就能够在头顶停留很长的时间，也就能够发挥更大的作用。

公式

对于地球上的观察者，卫星仰角为：

（1-1）

式中，为地球半径；h为卫星海拔高度。的定义为：

（1-2）

式中，和分别为观察者的纬度和经度；和分别为卫星的纬度和经度。

对于赤道圆形轨道， =0°。观察者所看到的最大卫星仰角为，这发生在卫星和观察者处于同一经度（ = ）时刻，此时式（1-2）可化简为（1-3）

因此，位于纬度处的观察者看到的一颗赤道圆形轨道卫星的最大仰角为（1-4）

由式（1-4），对于一个位于纬度45°的观察者，一颗h=500km的赤道圆形轨道卫星的最大仰角=17°。

高层建筑物会对仰角在70°以内的卫星信号有干扰作用。用这个公式，可以计算出对于一颗赤道同步卫星，相应的纬度为18°。

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