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卫星轨道预报技术在林火监测业务中的应用 闫厚 （国家林业局森林防火预警监测信息中心 北京100714） 廖晓宏 （北京川页电气科技发展有限公司 北京100714） 摘要 无论卫星数据接收系统的站点布设，还是卫星数据接收系统的正常运行，都离不开卫星轨道预报技术的应用。本文详尽介绍了太阳同步极轨气象卫星轨道预报技术，为提高林火监测业务人员的业务理论水平，切实作好卫星林火监测工作提供参考。 关键词 林火监测 卫星轨道预报 卫星轨道报 当前，在我国卫星林火监测业务工作中，除北京的林火监测中心建有卫星数据自主接收系统外，其它分中心均采用DVB-S方式接收国家气象局卫星地面站的卫星数据。随着国家对生态环境重视程度的不断提高和森林防火事业的快速发展，仅仅采用DVB-S方式接收卫星数据的方式越来越不能满足林火监测工作需要，分中心建立卫星数据自主接收系统，与DVB-S构成双备份、双保险的工作模式，将能够为今后的林火监测业务提供更加及时、快速、稳定、可靠的火灾监测信息。系统地了解自主接收系统的接收范围和轨道预报方法，有利于更好地发挥监测系统效益，提高林火监测技术人员的自主研发能力和维护水平，从而为接收系统的稳定运行提供更加可靠的技术保障。 1卫星运动基本特点 卫星绕地球运行遵循开普勒行星运动定律轨道平面绕地球自转轴的旋转方向和角速度与地球绕太阳公转的方向和平均角速度相同卫星在空间的位置可以用半长轴、偏心率、倾角、升交点赤经、近地点角距和近点时刻等。在地球和太阳的相对运动中，如果假定地球不动，则太阳绕地球运行，当太阳从地球的南半球向北半球运行时，穿过地球赤道平面的那一点叫春分点　　升交点人造地球卫星绕地球运行，当它从地球南半球向北半球运行时，穿过地球赤道平面的那一点卫星与地球中心连线在地球表面的交点星下点轨迹所有星下点连成的曲线近地点时刻即卫星通过近地点的时间　　升交点赤经Ω从春分点到地心的连线与从升交点到地心的连线的夹角　　近地点幅角ω近地点幅角就是卫星从升交点到地心的连线与从近地点到地心的连线的夹角　　半长轴a - 长轴的一半； 偏心率e焦距与半长轴a）之比倾角在卫星轨道升段时由赤道平面反时针旋转到轨道平面的夹角 平均近角 若卫星通过近地点的时刻为tp，卫星的平均角速度为 n，则任一时刻的平均近点角M=n（t-tp） 2 卫星轨道预报的计算 2.1接收站接收范围的确定 建设卫星数据自主接收站，必须根据监测工作需要和拟定站址周围建筑物遮挡情况，选取合适的建站地点和起始接收角度。建站选址的基础是天线接收的范围的计算。如图2所示，El为天线最低接收起始仰角。该仰角越小，对同一颗卫星接收的范围越大。El理论上最小可为0度，但由于低仰角会受到到更多电磁环境的干扰，以及穿越大气造成更多的信号衰减，会严重影响图象的质量。另外，为保护天线系统正常运行，会利用机械方法将该仰角限制在一定范围内。因此El一般会设定在一个合理的范围。在北京站的林火监测系统中，最低接收起始仰角为3.5度，但起收图象质量有时较差，需要根据不同接收情况适当调整起收角度。 图2 接收站接收范围 在图2中，接收站的接收范围是以接收站为中心，接收站到星下点弧长(δ0)为半径组成的球面,δ0为接收站到地心的连线与星下点到地心连线的夹角,R为地球半径（6378.15公里），H为卫星高度， Υ为卫星到接收站的连线与卫星到地心连线的夹角。 根据正弦定理： SinΥ/R=Sin(90o+El)/(R+H) (1) Υ=Sin-1[Cos(El)/(R+H)*R] (2) δ0=180o-(90o+El)-Υ =90o-El- Sin-1[Cos(El)/(R+H)*R] (3) 利用(3)式计算林火监测常用卫星接收范围(设El=5 o)如下: 卫星名称 FY1D FY3A NOAA EOS/MODIS HJ-1A/B 卫星高度(H) 860KM 836KM 850KM 705KM 650KM 起始仰角(El) 5o 5o 5o 5o 5o 接收范围(δ0) 23.58o 23.23o 23.44o 21.20o 20.26o 2.2卫星升交点经度范围的确定 在卫星轨道预报过程中，必须首先确定未来时刻有哪颗卫星进入接收站接收范围，而确定卫星未来轨迹的关键是升交点经度。因此，通过计算接收站接收卫星的升交点经度范围，可以预知未来哪颗卫星经过本站接收区域。如图3， 图3 天线到卫星星下点的弧长 设P为某一时刻卫星的星下点位置，其经度和纬度为分别为λS和ΦS；O为接收站天线位置，其经度和纬度为分别为λ0和Φ0。 设