仰角(天文學術語)

衛星的仰角是衛星與觀察者所在處的地平線之間的夾角。通常用它來描述衛星在某時刻經過觀察者上方的位置，仰角為90°表示衛星在觀察者正上方。因為仰角與地面觀察者所處位置有關，所以對於地面上不同的觀察者來說，觀察同一個衛星的仰角是不同的，另外仰角還隨著衛星在其軌道上的運動而不斷變化。

基本介紹

• 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：隨著衛星在其軌道上的運動變化。

定義

衛星的仰角，即在某給定的時刻，位於地球上的點P的觀察者到衛星的視線與當地地平線之間的夾角（如圖所示）。通常用它來描述衛星在某時刻經過觀察者上方的位置，仰角為90。表示衛星在觀察者正上方。

描述衛星仰角的示意圖

性質

參數

實際上，決定某一時刻衛星仰角的參數有許多，它們都是描述衛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，衛星距離地面的高度，衛星的軌道傾角 ，以及衛星處於軌道上的具體位置(衛星的緯度和經度)。

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衛星(傾角為0°)。當衛星沿著其軌道運行時，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)。

最大仰角

只有在衛星正下方觀察，衛星的仰角才為90°。因此，對於赤道上空的衛星，如果觀察者不在赤道上，則衛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、衛星與觀察者處在同一經度時的飛行高度，以及衛星軌道遠地點和近地點的高度。例如，對一位處在45°緯度的觀察者來說，一顆赤道圓形軌道上飛行高度為500km的衛星的最大仰角只有17°。這時最大仰角會隨著衛星高度的增加而增加，對於軌道高度36000km的地球同步軌道衛星，對同一觀察者的最大仰角會達到38°(當衛星與觀察者處於同一經度時的仰角)。

衛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，在緯度高於衛星傾角的地區，雖然有可能看到衛星，但是衛星永遠也不會經過頭頂，衛星的最大仰角將會小於90°。

不同軌道周期內，星下點軌跡均重合的衛星只有兩種，一種是任意高度的赤道軌道衛星，另一種則是地球同步軌道衛星。對於不在它們星下點軌跡上的觀察者來說，這兩種衛星的仰角永遠都不會達到90°。

套用

衛星在某些特定地點的仰角，會對其套用產生關鍵性的影響，所以通過一個衛星的仰角經常能夠看出其用途。例如，在一段時間裡，衛星地面測控站會無法收到某個低仰角衛星的信號，這主要有兩個原因：首先，與來自高仰角衛星的信號相比，低仰角衛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)可能位於地面站和衛星之間，這就阻斷了衛星信號的傳輸。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衛星通信信號的傳送，最嚴重的情況甚至能阻擋仰角為70°的衛星與測控站間的通信，因此城市中的衛星信號接收機和發射器一般都安裝在建築物的頂端。

地球同步軌道通信衛星對於美國比對俄羅斯更加有套用價值，因為近赤道軌道衛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衛星，這類衛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。當這類衛星的軌道為大橢圓且其遠地點位於北極附近上空時，對這些地區來說這些衛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。

公式

對於地球上的觀察者，衛星仰角為：

（1-1）

式中， 為地球半徑；h為衛星海拔高度。 的定義為：

（1-2）

式中， 和 分別為觀察者的緯度和經度； 和 分別為衛星的緯度和經度。

對於赤道圓形軌道， =0°。觀察者所看到的最大衛星仰角為 ，這發生在衛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衛星的最大仰角為 （1-4）

由式（1-4），對於一個位於緯度45°的觀察者，一顆h=500km的赤道圓形軌道衛星的最大仰角=17°。

高層建築物會對仰角在70°以內的衛星信號有干擾作用。用這個公式，可以計算出對於一顆赤道同步衛星，相應的緯度為18°。