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随着国民经济的日益发展和综合国力的不断提高，2007年已成为我国卫星发射的第一个高峰年，今年将陆续发射了一系列卫星。这包括已发射的北斗导航卫星、鑫诺3号广播电视专用卫星、中星6B通信广播卫星，还要发射的中星9号直播卫星、嫦娥1号探月卫星等，令所有关心我国航天事业和卫星广播电视事业的爱好者欢欣鼓舞。在这陆续而至的美好时光里，就让我们运用卫星跟踪软件来寻找和描绘卫星运行的美妙轨迹吧！
随着航空航天技术的日益发展，越来越多的卫星和探测器被发射至太空轨道中运行。为了准确地观察和预测这些卫星和探测器在轨道上位置，人们开发出卫星跟踪软件（Satellite Tracking Software），配合互联网上提供的相关卫星轨道参数，运用软件来计算卫星在轨参数、模拟卫星运行轨迹，以帮助使用者了解卫星的运行状态。
卫星轨道参数
利用卫星跟踪软件对卫星运行轨道进行仿真，要求必须提供精确的在轨参数，这个参数称为Keplerian Elements（开普勒根数），简称“Keps根数”，它是以1600 年代初期的德国天文学家开普勒（Johannes Kepler，1571—1630）命名，以纪念这位伟大的科学家，最早用数学方式来描述人造卫星轨道。
现今的Keps根数是加拿大和美国合建的NORAD（North American Air Defense Command：北美防空联合司令部）用地面雷达测量出来的，此根数代表在某天瞬间时刻下，该卫星的位置与速度。NASA（National Aeronautics and Space Administration：美国国家航空航天局）网站通常会定期地公布NORAD提供的大部分卫星轨道参数资料，我们可以登陆网络获取最新的卫星Keps根数，配合卫星跟踪软件就能正确地计算出卫星经过的时间及方位。
1、Keps根数术语
衡量一颗卫星在轨状态的Keps根数有很多，如图1所示。
其中T0（Epoch time）为参数测试时间；M0（Mean anomaly）为平均近点角； N0（Mean action）为日环绕圈数；I0（Inclination）为倾角；E0（Eccentricity）为 偏心率；W0（Arg of perigee）为近地点幅角；O0（R.A.A.N）为升交点赤经；K0（Epoch revolution）为在轨圈数；A0（Semi-major Axis）为半长轴；Decay rate：衰减率。
2、Keps根数格式
我们使用的卫星轨道Keps根数文本文件主要有两种格式，一种是NASA的TLE格式，一种是AMSAT的描述型格式，此外还有OLE格式，但不太常用。
（1）TLE格式
采用TLE（Two-Line Element：两行根数）格式的结构如图2所示。
在TLE文件里，一颗卫星的Keps根数由0、1、2三行组成，其中第0行是一个最长为24字符的人造卫星通用名称。第1行和第2行是标准的两行式轨道数据格式，每行69个字符。其中“N”的位置只能是数字，“A”的位置只能是大写的“A～Z”，有“+”的位置表示负号（-）或空格，有负号（-）的位置可以是正号（+）或负号（-），有空格和“.”的位置表示本来的含义，每一列的具体意义如表1、2。
例如，以图2中例举的SINOSAT 3卫星来讲：
第1行的“31577U、07021A”和第2行的“31577”都是卫星编号，“31577”是NORAD编号，“07021A”是国际番号，“07151.95201997”是儒略日（Julian Day）计数，就是儒略历07年1月1日开始算起的151.95201997天，换算成具体日期就是5月31日22:50:55 时刻测试的，不过这是UTC（UTC： Universal Time Coordinated）通用协调时，它与格林威治平均时（GMT：Greenwich Mean Time）一样，都与英国伦敦的本地时相同。如果转换为北京时间，则需要加上在北京的时区差（＋8小时），即为6月1日06:50:55 时刻。“-0.00071063”是平均运动的一阶时间导数，“58219-6”是平均运动的二阶时间导数，“-68526-2”是BSTAR拖调制系数。
第2行的“25.0699”是卫星轨道倾角，由于还处在转移轨道上，倾角较大。对于同步轨道卫星来讲，正常工作时，倾角是接近于0的。“120.9702”是升交点赤经，“0. 7603587”是轨道偏心率，“179.8188”是近地点辐角，“181.6087”是平近点角，“1.91127924”是每天环绕圈数，“1”表示绕行为1圈，“3”为校验和。
有了以上这两行参数，特别是第2行参数，基本上就能够确定和描述一个卫星的轨道。
（2）AMSAT格式
世界业余卫星组织（AMSAT：Amateur Satellite）定义了一种描述型格式，即AMSAT格式，例如ISS（国际空间站）的TLE格式如下：
ISS
1 25544U 98067A 06196.69889642 .0002000000000-020000-3 09003
2 2554451.630940.6041 001056180.8348 279.4011 15.76316196 37666
如采用AMSAT格式则有13行，如下表3所示。
（3）OLE格式
OLE（One Line Element：一行根数）格式，用于海军卫星导航研究实验室或其它单位。由于省略掉轨道编号和国际编号等参数，从而使得格式简短，如图3所示。
采用OLE格式，如下表4所示。
卫星跟踪软件
有了Keps根数文件，就可以安装卫星跟踪软件来实时显示和预测卫星的真实位置。以处理TLE格式数据为例， NORAD采用MSGP （Merged Simplified General Perturbations）通用轨道摄动根数描述集—－TLE对卫星的位置和速度进行预测，并用此方法建立了一个卫星数据库，管理和记录目前全世界所有已发射卫星的轨道Keps根数。
在MSGP中，分为SGP、SGP4、SGP8、SDP4、SDP8五个数学模型（mathimatical）计算，并把围绕轨道运行的飞行器分为两类，以适用不同的数学模型计算。
1、对于轨道周期小于614圈/天（225min）的近地轨道飞行器，使用SGP、SGP4、SGP8数学模型计算，并使用幂律分布函数计算大气阻力。
2、对于周期等于或大于225min的深空轨道飞行器，使用其扩展数学模型SDP4、SDP8计算，其算法是根据TLE数据提供的特殊平均轨道根数以及大气阻力系数，考虑了大气阻力、第三体引力、太阳光压等摄动的影响，采用平均的思想，将各类摄动分为周期项与长期项，推出解析解，最终递推得到新的轨道根数。
卫星跟踪软件严格遵循NORAD轨道位置的精确计算方法，所有使用该数学模型的卫星跟踪软件计算出的人造卫星的位置和速率，应与NORAD的结果完全吻合。
例如，在2006年10月29日0时20分，我国第一颗广播电视直播卫星鑫诺2号，在西昌卫星发射中心用“长征3号乙”运载火箭发射升空，在之后的入轨期间内，所有关注卫星运行进展的卫视爱好者，除了上网查看有关网站上的消息外，就是通过卫星跟踪软件来预测卫星位置。与此同时，NORAD也每天及时地发布两次该卫星的轨道位置数据，使得互联网上的很多卫视爱好者能够运用相关的卫星跟踪软件来追踪鑫诺2号的变轨、定位状况，从而最早于该年的11月6日发布了鑫诺2号定位出现失误的消息，引起了国内卫视爱好者的关注和讨论。
NORAD也在其定位出现故障后的几天里，每天数据的更新率变成了罕有的三次，例如，在北京时间11月17日23:54:47公布的鑫诺2号的TLE参数如下：
SINOSAT 2
1 29516U 06048A 06321.66304547 -.00000241 00000-0 10000-3 0 249
2 29516 000.3541 271.6594 0028352 147.6770 329.5314 01.00296377 253
从而引起了更多爱好者的猜测，直至鑫诺卫星通信公司于11月28日正式宣布，鑫诺2号卫星由于定点过程中出现技术故障，致使太阳帆板二次展开和通信天线展开未能完成，卫星无法提供通信广播传输服务，才结束了这场讨论。
从上面的事例可以看出卫星跟踪软件的作用，现在的卫星跟踪软件很多，DOS版本有Predict，Windows版本最著名的有Logsat、Nova for Windows等，不过大多数为共享或商业软件，而且均为外国人开发的软件，由于界面语言的障碍，一般用户会面临安装和使用上的困难，为此我们从中挑选出几款各具特色的、Windows版本下的免费软件，简洁地介绍给大家。
1、基于JavaScript的表示人造卫星位置的软件
进入日文网站http://homepage2.nifty.com/m_kamada/javascript/satellite/index.htm页面，就是【JavaScriptで人工衛星の位置を表示する】卫星跟踪软件界面，可以在线进行卫星运行状态查询。
（1）卫星选择
在图片界面上方的第2行，为跟踪卫星的选择栏，例如我们曾经查询“鑫诺2号”卫星，只要点击该行右边的“?茛”下拉菜单按钮（图4），选择“SINOSAT-2”即可出现以鑫诺2号卫星为主的卫星实时位置显示主界面。
（2）功能显示选择
主界面上方的第1行，为功能显示选择栏，如图5所示，该界面是经IE浏览器内嵌【东方快车】日中翻译软件翻译后所截取的界面（注意：翻译不太准确，仅供参考），其中①～⑦为人为添加的编号。
选择①，显示地图功能；选择②，显示经纬网格线；选择③，显示地图边界线；选择④，添加卫星名称的文字标注；选择⑤，显示所跟踪卫星的时间；选择⑥，弹出所跟踪卫星的详细状态资料，如图6所示，显示鑫诺2号卫星TLE格式和AMSAT格式的Keps根数。
选择⑦，模拟卫星的实时跟踪，刷新时间可通过界面右下方的【动作间隔】里栏里选择。最右边为图片显示的分辨率，有640×400、800×500和1024×640三种模式，根据你的电脑屏幕分辩率的设置，选择与之适合的模式。
图片界面的下面的第1行，为实时跟踪时间显示，选择【自动更新】，可以进行网络校时，最右边为时区选择。界面的最下面为卫星种类图例，用各种颜色的图标显示国际空间站、气象卫星、地球资源卫星、静止通信卫星等各种功能和用途的卫星。
（3）关于JavaScript
JavaScriptで人工衛星の位置を表示する界面采用JavaScript语言，它是一种具有安全性能的脚本语言，此语言可嵌入或调入在标准的HTML文件中。使得信息和用户之间不仅只是一种显示和浏览的关系，而是实现了一种实时的、动态的、可交式的表达能力。这样静态的HTML页面就被可提供动态实时信息，并对客户操作进行反应的Web页面所取代。透过JavaScript语言，可以回应使用者的需求而不用网络来传回资料。也就是说，当一位使用者输入一项资料时，它不用经过传给服务器（server）处理再回传的过程，而是直接被客户端（client）的应用程式所处理。
正是由于JavaScript语言具有以上的特点，使得用户使用简单、方便，由于是在线使用，因此数据更新实时，不过该网站登陆比较困难，有时长时间不能进入。
2、Orbitron软件的安装和使用
Orbitron是为业余无线电爱好者和希望目测观察卫星的追星爱好者所设计的一款卫星追踪软件，该软件可同时追踪两千多颗卫星用实时或模拟方式显示任意时刻卫星与地球的相对位置。内置全球城市的资料库作为观测点的选择，并可通过NTP服务器自动校正电脑内部时钟，已被气象专家、卫星通信、UFO研究玩家和天文爱好者广泛采用。
（1）软件的下载和安装
Orbitron是由波兰的一个天文爱好者Sebastian Stoff（塞巴斯蒂安·斯托弗）先生所开发的卫星跟踪软件， 该软件属于Cardware（明信片软件），意思就是如果您觉得软件好用，并且想注册，支持作者的工作，那么就给作者寄一张有您当地风景的明信片。当然，如果是业余无线电爱好者（ HAM） 也可以寄去 QSL 卡片。
Orbitron软件最初为英文界面的版本，之后随着该软件知名度的提高，出现了许多其它国家的网友所编译的语言包，其中也包含由BD7CE （Lu Juhe）先生汉化的中文版本。安装时，首先到该作者的网站www.stoff.pl下载，网站采用英文界面，在其上方有一系列的国旗标志，点击我国的五星红旗链接，进入Orbitron 3.71简体中文版页面（图7），就可以下载中文语言包的安装版本。
下载软件完成后进行安装，安装起来比较简单， 默认安装即是中文，一路按回车键，直至安装完毕。
（2）TLE数据更新
安装完成后，会自动运行Orbitron软件，并且弹出是否更新星历参数的对话框，点击“确认”进行更新（图8）。
会弹出【设定】界面（图9），点击“取消”按钮，暂时不更新。
如果你需要查看近期发射的卫星参数，可点击图8界面右边的“载入星历”按钮，在弹出的【打开】界面中，选择“Tle”文件夹下的“tle-new”更新文件（图10）。
同样会弹出是否更新星历参数的对话框，点击“确认”进行更新。此时如果你的电脑已连接到网络上，会自动链接www.celestrak.com/NORAD/
elements/网页进行下载更新（图11）。由于数据包并不大，几分钟就会完成更新。
注意：初次使用时，此时你的电脑桌面处于被Orbitron软件界面所占用的全屏幕状态，要想进行其它工作，需要按动电脑键盘上的“Esc”键，在弹出的选项菜单栏里，去掉“全屏幕”前面的“√”，才能退出全屏幕状态。
（3）软件使用
在图8的主界面中，可以分为星历信息、菜单控制和主界面三个不同的窗口。
①星历信息
Orbitron软件内置了很多卫星的星历，具体如表5所示，这也是Celestrak网站所发布的各种卫星的Keps根数。它不仅可以用来跟踪同步卫星，也可以用来跟踪一些特殊轨道的卫星，只要在星历信息窗口中，通过“载入星历”按钮选择所要观察的卫星，将其载入即可。
载入星历之后，可以点击“信息”按钮，得到卫星的一些具体的轨道参数。例如今年6月1日零时8分发射的鑫诺3号卫星，所有关注这颗卫星的朋友都可以用这个软件来了解该卫星的状况。我们只要选择“tle-new”文件，载入后，选择“SINOSAT 3”， 然后通过“信息”按钮，就可以查看该卫星目前所处的经度、纬度和一些其它的轨道位置数据（图12）。
②菜单控制
在菜单控制里，有【主菜单】、【查看】、【地名】、【卫星及轨道信息】、【预测设定】、【预测】、【旋转器/电台】、【关于】八个功能选项。其中【查看】选项，可将各项功能显示在主画面上，如图12所示。在【地名】选项中，可以设置观察点的位置，将自己所处的位置设为观察的中心位置，便于观察卫星运行的轨迹。软件预置了世界上一些主要的大城市地理位置参数，包含我国省会以上的全部城市。例如我们观察点在南京，只要在【World】区域的下面找到“Nanjing”，点击它，再点击“选择”按钮，Nanjing就标注在地图上（图13），对于软件中没有预置的一些城市，可将获得的地理参数手动添加到左边的地名、经纬度栏目中，并点击“加到地名表”予以保存，以便下次方便调出。。
在【卫星及轨道信息】选项中，显示各个卫星的具体轨位信息，类似AMSAT格式的轨道参数描述，不过信息量更多，增加了半长轴、近地点×远地点、运转模式（SGP4/SDP4）等参数显示。
【预测设定】、【预测】和【旋转器/电台】主要为业余卫星通信之用，其中在【旋转器/电台】选项中（图14），内建CW、CW-N、FM、FM-N、FM-W、LSB、USB多种上传和下载模式，并支持Alarm、MyDDE、SpidAlfa和WispDDE驱动协议。
③主界面
主界面可显示世界地图和雷达观察两种模式，当选择世界地图模式时，在设定观察点的位置和载入要观察的卫星之后，在中间的卫星轨迹观察窗口就可以看到卫星的实时运行轨迹。如果图12的【迷你雷达屏】选择为“自动”时，在主界面显示世界地图时，右下角会显示雷达观察的小画面。如图13就是载入的geo卫星系统中的鑫诺1号（SINOSAT 1）卫星的运行轨迹。
由于是地球同步卫星，从地面观察是静止不动的，所以它运行的轨迹是一个点。在图13中有黄色和灰色的两个星体，分别是太阳和月亮，相对应的灰色和亮色区域就是现在处在黑夜和白天的区域。再如图12鑫诺3号卫星，由于还在变轨状态中上，因此它的运行轨迹是一条曲线。除了在世界地图界面下观察卫星的轨迹，还可以切换到雷达界面下，看此时卫星的运行轨迹。
（4）组合键的使用
使用时，还可通过组合键进行一系列快捷设置。如用Ctrl＋Z组合键可以设置画面的更新率，有1、5、10、20、30、60秒六种，建议选择1秒，以便实时地观察星历信息窗口变化的数据。用Alt＋F5组合键可以调出设定界面，对软件原来设置的更新间隔为30天，可更改为1天，这样得到的数据比较及时。
用Alt＋F2组合键可以进行软件界面截图，图片保存在软件根目录下的Output文件夹中。对于所设置的观测卫星以及观测点，可通过Alt＋F7组合键，起一个文件名保存在软件根目录下的Config（配置）文件夹中，下次使用时，只要通过Alt＋F6组合键打开Config文件夹中的这个文件名，就可快速载入，无需要再重新设置。
使用Ctrl＋Shift＋～可在Orbitron主界面下打开秘密控制台（图15），输入“help”，可以得到Clear（清除）、Close（关闭）、GeoMag（地磁参量）、ShowLocs（显示）、Stat（统计）、Test（测试）、UserID（用户名）等多项有用命令。
Orbitron软件还具有电脑屏幕保护功能，只要点击桌面上的“Orbitron Screen Saver”图标，就会自动运行软件的屏幕保护程序。
3、SatBuster软件的安装和使用
SatBuster也是一款不错的卫星跟踪软件，它不但可以卫星的运行轨迹，还可以显示行星的位置参数，该软件最大的特点是具有卫星参数数据库管理和索引功能。目前SatBuster软件的最新版本为1.8版本，下载网址为http://www.satbuster.com/program/setup.exe。
（1）观测点设置
安装完成后，打开主界面，首先进行观察点设置，从【Options】（选项）→【Location】（位置），在Location区域里选择自己所在地城市位置（图16）。
SatBuster1.8版本软件预置的城市参数中，我国只有一个南京城市，对于其它的城市需要点击右边的“New”按钮，手动编辑城市名和经纬度，再添加预置列表中。
（2）TLE数据添加
SatBuster1.8版本软件未预置TLE数据，如果你的电脑里安装Orbitron之类的卫星跟踪软件，可以直接调用其TLE数据。通过【Satellite】（卫星）→【Database】（数据库）操作，打开tle、txt、els格式的Element set星历文件（图17）。
例如选择“geo” 星历文件，点击“打开”按钮，弹出如图18所示的【Satellite database】（卫星数据库）界面。我们可以看到上面的数据已导入到左边的主数据库内容栏中，将需要查看的卫星通过“→”传送到右边的次数据库的空白栏中，再点击“OK“即可。
如果电脑里没有TLE数据，需要先联网升级数据库，即点击图18左下角的“Download”按钮。出现【File transfer】（文件转换）界面（图19），实际上是一个数据库网络升级界面。在第一行右边的下拉按点击，选择需要升级的Keps数据文本文件，点击“OK”按钮，弹出需要保存的文件夹和文件名设置界面，建议在SatBuster软件根目录下新建一个Tle文件夹，用它保存Keps数据，文件名按照默认即可。
如果网络连接正常，界面上会出现下载进度指示条和数据，同时“OK”按钮颜色灰化，当“OK”按钮颜色恢复正常时，表示下载成功，再点击“Cancel”退出网络数据升级界面。
（3）TLE数据库使用
在图18中，围绕在内容栏是导入该数据库的一些信息统计。其中“Oldest element set”为最长未更新天数，“Mean element set”为平均未更新天数，“Newest element set”为最短未更新天数，“Magnitude”为可用肉眼或望远镜观测的卫星数量统计，“Loaded satellites”为导入卫星总数，“Selected”为选择卫星数，和下面的“Transiting”按钮相关联。
当点击“Transiting”按钮时，数据库可以统计并选择出当前所有以观测点为中心，处于地平面之上的卫星数量和名称。例如我们以南京为观测点，于2007年6月16日17时统计的处于地平面之上的地球同步卫星共有155颗。
对于于内容栏中的卫星列表，有不同类型的排列顺序，可点击“Ordered by”右边的选择栏的下拉菜单，有Name（名称）、Launch year（发射年份）、Inclination（倾角）、R.A.A.N（升交点赤经）、Period（min）（周期：运转一周所需要多少分钟）、Norad#（Norad编号）、Magnitude（可观测卫星）、 Eccentricity（偏心率）、Perigee arg（近地点幅角）和Orbit #/day（日环绕圈数）十种选项。
如果需要查看某个卫星的具体轨位参数，可导入该卫星所在的星历文件，在内容栏中找到该卫星并双击它，就会弹出【Orbital elements】（轨道参数）界面，如图20所示的是鑫诺3号的轨道参数。
如果需要查看导入的该星历文件所有卫星参数信息，可点击图18中的“Summary”（摘要）按钮，出现主数据库摘要信息列表（图21），是上述各个类型排列选项的具体模式。
（4）快捷功能键使用
SatBuster软件在菜单栏下方的工具栏设置了21个快捷功能键图标，各个功能对照如图22所示，这样就无需进入菜单栏里多层菜单界面的繁琐设置，点击相应的功能键即可查询所需的功能。
①轨迹显示
在功能键中，5－8为卫星的运行轨迹显示，例如选择6号正视图，出现我们上面导入到次数据库155颗卫星的轨迹显示（图23），由于大部分都是同步卫星，拥挤在赤道上空，因此我们无法看清楚卫星名。
如果我们选择几颗卫星，观测全景图，只要点击5号功能键，出现的清晰的世界地图全景图片（图24），如果将鼠标箭头停留在卫星所标注的小点上，会显示该卫星的Norad编号、倾角、在轨经度、卫星高度、绕行速度参数。点击这个小点，图片右边的界面会显示该卫星的更多参数。
②卫星星历表
如果查询图24界面上所有卫星的在轨参数，可点击17号功能键，就会出现所选卫星的星历表（图25）。
在【Observer Parameters】（观测者参数）选项列表里，各个卫星的“El.”、“Az.”列数据也是卫星天线对星调整的仰角、方位角参数。注意：列表中的方位角是以正北方向为参考得出的数值，如果以正南方向作参考，需要减去180°，得出的数值为正值，表示南偏西；负值，表示南偏东。列表中的R.A.（right ascension）为赤经；Dec.（declination）为赤纬；Mag.（visual magnitude）为可观测卫星；State为观测状态，有visible（可观测）、not visible（不可观测）和shadow（阴影区）三种。
在【Orbital Parameters 1/2】和【Orbital Parameters 2/2】（轨道参数）选项列表里也列举了很多参数，有Lat.（纬度）、Lon.（经度）、Hgt（高度）、Prg（近地点距离）、Apg（远地点距离）、Prd.（轨道周期）、Vel.（卫星速度）、Orbit#（轨道编号）、Rng.（观测点和卫星间的距离）、Rng V. （距离变化范围）这些参数。在【Amateur Radio Parameters】（业余广播参数）选项列表里列举了Dnlink （下行频率）、Uplink （上行频率）、Rx.（接收频率）和Tx.（传送频率）四项参数。
③保存功能
SatBuster软件免费版没有保存功能，无论是观测点的位置设置、数据的导入，还是选项设置都无法加以保存。软件提示只有注册版本才有保存功能。（未完待续）
随着航空航天技术的日益发展，越来越多的卫星和探测器被发射至太空轨道中运行。为了准确地观察和预测这些卫星和探测器在轨道上位置，人们开发出卫星跟踪软件（Satellite Tracking Software），配合互联网上提供的相关卫星轨道参数，运用软件来计算卫星在轨参数、模拟卫星运行轨迹，以帮助使用者了解卫星的运行状态。
卫星轨道参数
利用卫星跟踪软件对卫星运行轨道进行仿真，要求必须提供精确的在轨参数，这个参数称为Keplerian Elements（开普勒根数），简称“Keps根数”，它是以1600 年代初期的德国天文学家开普勒（Johannes Kepler，1571—1630）命名，以纪念这位伟大的科学家，最早用数学方式来描述人造卫星轨道。
现今的Keps根数是加拿大和美国合建的NORAD（North American Air Defense Command：北美防空联合司令部）用地面雷达测量出来的，此根数代表在某天瞬间时刻下，该卫星的位置与速度。NASA（National Aeronautics and Space Administration：美国国家航空航天局）网站通常会定期地公布NORAD提供的大部分卫星轨道参数资料，我们可以登陆网络获取最新的卫星Keps根数，配合卫星跟踪软件就能正确地计算出卫星经过的时间及方位。
1、Keps根数术语
衡量一颗卫星在轨状态的Keps根数有很多，如图1所示。
其中T0（Epoch time）为参数测试时间；M0（Mean anomaly）为平均近点角； N0（Mean action）为日环绕圈数；I0（Inclination）为倾角；E0（Eccentricity）为 偏心率；W0（Arg of perigee）为近地点幅角；O0（R.A.A.N）为升交点赤经；K0（Epoch revolution）为在轨圈数；A0（Semi-major Axis）为半长轴；Decay rate：衰减率。
2、Keps根数格式
我们使用的卫星轨道Keps根数文本文件主要有两种格式，一种是NASA的TLE格式，一种是AMSAT的描述型格式，此外还有OLE格式，但不太常用。
（1）TLE格式
采用TLE（Two-Line Element：两行根数）格式的结构如图2所示。
在TLE文件里，一颗卫星的Keps根数由0、1、2三行组成，其中第0行是一个最长为24字符的人造卫星通用名称。第1行和第2行是标准的两行式轨道数据格式，每行69个字符。其中“N”的位置只能是数字，“A”的位置只能是大写的“A～Z”，有“+”的位置表示负号（-）或空格，有负号（-）的位置可以是正号（+）或负号（-），有空格和“.”的位置表示本来的含义，每一列的具体意义如表1、2。
例如，以图2中例举的SINOSAT 3卫星来讲：
第1行的“31577U、07021A”和第2行的“31577”都是卫星编号，“31577”是NORAD编号，“07021A”是国际番号，“07151.95201997”是儒略日（Julian Day）计数，就是儒略历07年1月1日开始算起的151.95201997天，换算成具体日期就是5月31日22:50:55 时刻测试的，不过这是UTC（UTC： Universal Time Coordinated）通用协调时，它与格林威治平均时（GMT：Greenwich Mean Time）一样，都与英国伦敦的本地时相同。如果转换为北京时间，则需要加上在北京的时区差（＋8小时），即为6月1日06:50:55 时刻。“-0.00071063”是平均运动的一阶时间导数，“58219-6”是平均运动的二阶时间导数，“-68526-2”是BSTAR拖调制系数。
第2行的“25.0699”是卫星轨道倾角，由于还处在转移轨道上，倾角较大。对于同步轨道卫星来讲，正常工作时，倾角是接近于0的。“120.9702”是升交点赤经，“0. 7603587”是轨道偏心率，“179.8188”是近地点辐角，“181.6087”是平近点角，“1.91127924”是每天环绕圈数，“1”表示绕行为1圈，“3”为校验和。
有了以上这两行参数，特别是第2行参数，基本上就能够确定和描述一个卫星的轨道。
（2）AMSAT格式
世界业余卫星组织（AMSAT：Amateur Satellite）定义了一种描述型格式，即AMSAT格式，例如ISS（国际空间站）的TLE格式如下：
ISS
1 25544U 98067A 06196.69889642 .0002000000000-020000-3 09003
2 2554451.630940.6041 001056180.8348 279.4011 15.76316196 37666
如采用AMSAT格式则有13行，如下表3所示。
（3）OLE格式
OLE（One Line Element：一行根数）格式，用于海军卫星导航研究实验室或其它单位。由于省略掉轨道编号和国际编号等参数，从而使得格式简短，如图3所示。
采用OLE格式，如下表4所示。
卫星跟踪软件
有了Keps根数文件，就可以安装卫星跟踪软件来实时显示和预测卫星的真实位置。以处理TLE格式数据为例， NORAD采用MSGP （Merged Simplified General Perturbations）通用轨道摄动根数描述集—－TLE对卫星的位置和速度进行预测，并用此方法建立了一个卫星数据库，管理和记录目前全世界所有已发射卫星的轨道Keps根数。
在MSGP中，分为SGP、SGP4、SGP8、SDP4、SDP8五个数学模型（mathimatical）计算，并把围绕轨道运行的飞行器分为两类，以适用不同的数学模型计算。
1、对于轨道周期小于614圈/天（225min）的近地轨道飞行器，使用SGP、SGP4、SGP8数学模型计算，并使用幂律分布函数计算大气阻力。
2、对于周期等于或大于225min的深空轨道飞行器，使用其扩展数学模型SDP4、SDP8计算，其算法是根据TLE数据提供的特殊平均轨道根数以及大气阻力系数，考虑了大气阻力、第三体引力、太阳光压等摄动的影响，采用平均的思想，将各类摄动分为周期项与长期项，推出解析解，最终递推得到新的轨道根数。
卫星跟踪软件严格遵循NORAD轨道位置的精确计算方法，所有使用该数学模型的卫星跟踪软件计算出的人造卫星的位置和速率，应与NORAD的结果完全吻合。
例如，在2006年10月29日0时20分，我国第一颗广播电视直播卫星鑫诺2号，在西昌卫星发射中心用“长征3号乙”运载火箭发射升空，在之后的入轨期间内，所有关注卫星运行进展的卫视爱好者，除了上网查看有关网站上的消息外，就是通过卫星跟踪软件来预测卫星位置。与此同时，NORAD也每天及时地发布两次该卫星的轨道位置数据，使得互联网上的很多卫视爱好者能够运用相关的卫星跟踪软件来追踪鑫诺2号的变轨、定位状况，从而最早于该年的11月6日发布了鑫诺2号定位出现失误的消息，引起了国内卫视爱好者的关注和讨论。
NORAD也在其定位出现故障后的几天里，每天数据的更新率变成了罕有的三次，例如，在北京时间11月17日23:54:47公布的鑫诺2号的TLE参数如下：
SINOSAT 2
1 29516U 06048A 06321.66304547 -.00000241 00000-0 10000-3 0 249
2 29516 000.3541 271.6594 0028352 147.6770 329.5314 01.00296377 253
从而引起了更多爱好者的猜测，直至鑫诺卫星通信公司于11月28日正式宣布，鑫诺2号卫星由于定点过程中出现技术故障，致使太阳帆板二次展开和通信天线展开未能完成，卫星无法提供通信广播传输服务，才结束了这场讨论。
从上面的事例可以看出卫星跟踪软件的作用，现在的卫星跟踪软件很多，DOS版本有Predict，Windows版本最著名的有Logsat、Nova for Windows等，不过大多数为共享或商业软件，而且均为外国人开发的软件，由于界面语言的障碍，一般用户会面临安装和使用上的困难，为此我们从中挑选出几款各具特色的、Windows版本下的免费软件，简洁地介绍给大家。
1、基于JavaScript的表示人造卫星位置的软件
进入日文网站http://homepage2.nifty.com/m_kamada/javascript/satellite/index.htm页面，就是【JavaScriptで人工衛星の位置を表示する】卫星跟踪软件界面，可以在线进行卫星运行状态查询。
（1）卫星选择
在图片界面上方的第2行，为跟踪卫星的选择栏，例如我们曾经查询“鑫诺2号”卫星，只要点击该行右边的“?茛”下拉菜单按钮（图4），选择“SINOSAT-2”即可出现以鑫诺2号卫星为主的卫星实时位置显示主界面。
（2）功能显示选择
主界面上方的第1行，为功能显示选择栏，如图5所示，该界面是经IE浏览器内嵌【东方快车】日中翻译软件翻译后所截取的界面（注意：翻译不太准确，仅供参考），其中①～⑦为人为添加的编号。
选择①，显示地图功能；选择②，显示经纬网格线；选择③，显示地图边界线；选择④，添加卫星名称的文字标注；选择⑤，显示所跟踪卫星的时间；选择⑥，弹出所跟踪卫星的详细状态资料，如图6所示，显示鑫诺2号卫星TLE格式和AMSAT格式的Keps根数。
选择⑦，模拟卫星的实时跟踪，刷新时间可通过界面右下方的【动作间隔】里栏里选择。最右边为图片显示的分辨率，有640×400、800×500和1024×640三种模式，根据你的电脑屏幕分辩率的设置，选择与之适合的模式。
图片界面的下面的第1行，为实时跟踪时间显示，选择【自动更新】，可以进行网络校时，最右边为时区选择。界面的最下面为卫星种类图例，用各种颜色的图标显示国际空间站、气象卫星、地球资源卫星、静止通信卫星等各种功能和用途的卫星。
（3）关于JavaScript
JavaScriptで人工衛星の位置を表示する界面采用JavaScript语言，它是一种具有安全性能的脚本语言，此语言可嵌入或调入在标准的HTML文件中。使得信息和用户之间不仅只是一种显示和浏览的关系，而是实现了一种实时的、动态的、可交式的表达能力。这样静态的HTML页面就被可提供动态实时信息，并对客户操作进行反应的Web页面所取代。透过JavaScript语言，可以回应使用者的需求而不用网络来传回资料。也就是说，当一位使用者输入一项资料时，它不用经过传给服务器（server）处理再回传的过程，而是直接被客户端（client）的应用程式所处理。
正是由于JavaScript语言具有以上的特点，使得用户使用简单、方便，由于是在线使用，因此数据更新实时，不过该网站登陆比较困难，有时长时间不能进入。
2、Orbitron软件的安装和使用
Orbitron是为业余无线电爱好者和希望目测观察卫星的追星爱好者所设计的一款卫星追踪软件，该软件可同时追踪两千多颗卫星用实时或模拟方式显示任意时刻卫星与地球的相对位置。内置全球城市的资料库作为观测点的选择，并可通过NTP服务器自动校正电脑内部时钟，已被气象专家、卫星通信、UFO研究玩家和天文爱好者广泛采用。
（1）软件的下载和安装
Orbitron是由波兰的一个天文爱好者Sebastian Stoff（塞巴斯蒂安·斯托弗）先生所开发的卫星跟踪软件， 该软件属于Cardware（明信片软件），意思就是如果您觉得软件好用，并且想注册，支持作者的工作，那么就给作者寄一张有您当地风景的明信片。当然，如果是业余无线电爱好者（ HAM） 也可以寄去 QSL 卡片。
Orbitron软件最初为英文界面的版本，之后随着该软件知名度的提高，出现了许多其它国家的网友所编译的语言包，其中也包含由BD7CE （Lu Juhe）先生汉化的中文版本。安装时，首先到该作者的网站www.stoff.pl下载，网站采用英文界面，在其上方有一系列的国旗标志，点击我国的五星红旗链接，进入Orbitron 3.71简体中文版页面（图7），就可以下载中文语言包的安装版本。
下载软件完成后进行安装，安装起来比较简单， 默认安装即是中文，一路按回车键，直至安装完毕。
（2）TLE数据更新
安装完成后，会自动运行Orbitron软件，并且弹出是否更新星历参数的对话框，点击“确认”进行更新（图8）。
会弹出【设定】界面（图9），点击“取消”按钮，暂时不更新。
如果你需要查看近期发射的卫星参数，可点击图8界面右边的“载入星历”按钮，在弹出的【打开】界面中，选择“Tle”文件夹下的“tle-new”更新文件（图10）。
同样会弹出是否更新星历参数的对话框，点击“确认”进行更新。此时如果你的电脑已连接到网络上，会自动链接www.celestrak.com/NORAD/
elements/网页进行下载更新（图11）。由于数据包并不大，几分钟就会完成更新。
注意：初次使用时，此时你的电脑桌面处于被Orbitron软件界面所占用的全屏幕状态，要想进行其它工作，需要按动电脑键盘上的“Esc”键，在弹出的选项菜单栏里，去掉“全屏幕”前面的“√”，才能退出全屏幕状态。
（3）软件使用
在图8的主界面中，可以分为星历信息、菜单控制和主界面三个不同的窗口。
①星历信息
Orbitron软件内置了很多卫星的星历，具体如表5所示，这也是Celestrak网站所发布的各种卫星的Keps根数。它不仅可以用来跟踪同步卫星，也可以用来跟踪一些特殊轨道的卫星，只要在星历信息窗口中，通过“载入星历”按钮选择所要观察的卫星，将其载入即可。
载入星历之后，可以点击“信息”按钮，得到卫星的一些具体的轨道参数。例如今年6月1日零时8分发射的鑫诺3号卫星，所有关注这颗卫星的朋友都可以用这个软件来了解该卫星的状况。我们只要选择“tle-new”文件，载入后，选择“SINOSAT 3”， 然后通过“信息”按钮，就可以查看该卫星目前所处的经度、纬度和一些其它的轨道位置数据（图12）。
②菜单控制
在菜单控制里，有【主菜单】、【查看】、【地名】、【卫星及轨道信息】、【预测设定】、【预测】、【旋转器/电台】、【关于】八个功能选项。其中【查看】选项，可将各项功能显示在主画面上，如图12所示。在【地名】选项中，可以设置观察点的位置，将自己所处的位置设为观察的中心位置，便于观察卫星运行的轨迹。软件预置了世界上一些主要的大城市地理位置参数，包含我国省会以上的全部城市。例如我们观察点在南京，只要在【World】区域的下面找到“Nanjing”，点击它，再点击“选择”按钮，Nanjing就标注在地图上（图13），对于软件中没有预置的一些城市，可将获得的地理参数手动添加到左边的地名、经纬度栏目中，并点击“加到地名表”予以保存，以便下次方便调出。。
在【卫星及轨道信息】选项中，显示各个卫星的具体轨位信息，类似AMSAT格式的轨道参数描述，不过信息量更多，增加了半长轴、近地点×远地点、运转模式（SGP4/SDP4）等参数显示。
【预测设定】、【预测】和【旋转器/电台】主要为业余卫星通信之用，其中在【旋转器/电台】选项中（图14），内建CW、CW-N、FM、FM-N、FM-W、LSB、USB多种上传和下载模式，并支持Alarm、MyDDE、SpidAlfa和WispDDE驱动协议。
③主界面
主界面可显示世界地图和雷达观察两种模式，当选择世界地图模式时，在设定观察点的位置和载入要观察的卫星之后，在中间的卫星轨迹观察窗口就可以看到卫星的实时运行轨迹。如果图12的【迷你雷达屏】选择为“自动”时，在主界面显示世界地图时，右下角会显示雷达观察的小画面。如图13就是载入的geo卫星系统中的鑫诺1号（SINOSAT 1）卫星的运行轨迹。
由于是地球同步卫星，从地面观察是静止不动的，所以它运行的轨迹是一个点。在图13中有黄色和灰色的两个星体，分别是太阳和月亮，相对应的灰色和亮色区域就是现在处在黑夜和白天的区域。再如图12鑫诺3号卫星，由于还在变轨状态中上，因此它的运行轨迹是一条曲线。除了在世界地图界面下观察卫星的轨迹，还可以切换到雷达界面下，看此时卫星的运行轨迹。
（4）组合键的使用
使用时，还可通过组合键进行一系列快捷设置。如用Ctrl＋Z组合键可以设置画面的更新率，有1、5、10、20、30、60秒六种，建议选择1秒，以便实时地观察星历信息窗口变化的数据。用Alt＋F5组合键可以调出设定界面，对软件原来设置的更新间隔为30天，可更改为1天，这样得到的数据比较及时。
用Alt＋F2组合键可以进行软件界面截图，图片保存在软件根目录下的Output文件夹中。对于所设置的观测卫星以及观测点，可通过Alt＋F7组合键，起一个文件名保存在软件根目录下的Config（配置）文件夹中，下次使用时，只要通过Alt＋F6组合键打开Config文件夹中的这个文件名，就可快速载入，无需要再重新设置。
使用Ctrl＋Shift＋～可在Orbitron主界面下打开秘密控制台（图15），输入“help”，可以得到Clear（清除）、Close（关闭）、GeoMag（地磁参量）、ShowLocs（显示）、Stat（统计）、Test（测试）、UserID（用户名）等多项有用命令。
Orbitron软件还具有电脑屏幕保护功能，只要点击桌面上的“Orbitron Screen Saver”图标，就会自动运行软件的屏幕保护程序。
3、SatBuster软件的安装和使用
SatBuster也是一款不错的卫星跟踪软件，它不但可以卫星的运行轨迹，还可以显示行星的位置参数，该软件最大的特点是具有卫星参数数据库管理和索引功能。目前SatBuster软件的最新版本为1.8版本，下载网址为http://www.satbuster.com/program/setup.exe。
（1）观测点设置
安装完成后，打开主界面，首先进行观察点设置，从【Options】（选项）→【Location】（位置），在Location区域里选择自己所在地城市位置（图16）。
SatBuster1.8版本软件预置的城市参数中，我国只有一个南京城市，对于其它的城市需要点击右边的“New”按钮，手动编辑城市名和经纬度，再添加预置列表中。
（2）TLE数据添加
SatBuster1.8版本软件未预置TLE数据，如果你的电脑里安装Orbitron之类的卫星跟踪软件，可以直接调用其TLE数据。通过【Satellite】（卫星）→【Database】（数据库）操作，打开tle、txt、els格式的Element set星历文件（图17）。
例如选择“geo” 星历文件，点击“打开”按钮，弹出如图18所示的【Satellite database】（卫星数据库）界面。我们可以看到上面的数据已导入到左边的主数据库内容栏中，将需要查看的卫星通过“→”传送到右边的次数据库的空白栏中，再点击“OK“即可。
如果电脑里没有TLE数据，需要先联网升级数据库，即点击图18左下角的“Download”按钮。出现【File transfer】（文件转换）界面（图19），实际上是一个数据库网络升级界面。在第一行右边的下拉按点击，选择需要升级的Keps数据文本文件，点击“OK”按钮，弹出需要保存的文件夹和文件名设置界面，建议在SatBuster软件根目录下新建一个Tle文件夹，用它保存Keps数据，文件名按照默认即可。
如果网络连接正常，界面上会出现下载进度指示条和数据，同时“OK”按钮颜色灰化，当“OK”按钮颜色恢复正常时，表示下载成功，再点击“Cancel”退出网络数据升级界面。
（3）TLE数据库使用
在图18中，围绕在内容栏是导入该数据库的一些信息统计。其中“Oldest element set”为最长未更新天数，“Mean element set”为平均未更新天数，“Newest element set”为最短未更新天数，“Magnitude”为可用肉眼或望远镜观测的卫星数量统计，“Loaded satellites”为导入卫星总数，“Selected”为选择卫星数，和下面的“Transiting”按钮相关联。
当点击“Transiting”按钮时，数据库可以统计并选择出当前所有以观测点为中心，处于地平面之上的卫星数量和名称。例如我们以南京为观测点，于2007年6月16日17时统计的处于地平面之上的地球同步卫星共有155颗。
对于于内容栏中的卫星列表，有不同类型的排列顺序，可点击“Ordered by”右边的选择栏的下拉菜单，有Name（名称）、Launch year（发射年份）、Inclination（倾角）、R.A.A.N（升交点赤经）、Period（min）（周期：运转一周所需要多少分钟）、Norad#（Norad编号）、Magnitude（可观测卫星）、 Eccentricity（偏心率）、Perigee arg（近地点幅角）和Orbit #/day（日环绕圈数）十种选项。
如果需要查看某个卫星的具体轨位参数，可导入该卫星所在的星历文件，在内容栏中找到该卫星并双击它，就会弹出【Orbital elements】（轨道参数）界面，如图20所示的是鑫诺3号的轨道参数。
如果需要查看导入的该星历文件所有卫星参数信息，可点击图18中的“Summary”（摘要）按钮，出现主数据库摘要信息列表（图21），是上述各个类型排列选项的具体模式。
（4）快捷功能键使用
SatBuster软件在菜单栏下方的工具栏设置了21个快捷功能键图标，各个功能对照如图22所示，这样就无需进入菜单栏里多层菜单界面的繁琐设置，点击相应的功能键即可查询所需的功能。
①轨迹显示
在功能键中，5－8为卫星的运行轨迹显示，例如选择6号正视图，出现我们上面导入到次数据库155颗卫星的轨迹显示（图23），由于大部分都是同步卫星，拥挤在赤道上空，因此我们无法看清楚卫星名。
如果我们选择几颗卫星，观测全景图，只要点击5号功能键，出现的清晰的世界地图全景图片（图24），如果将鼠标箭头停留在卫星所标注的小点上，会显示该卫星的Norad编号、倾角、在轨经度、卫星高度、绕行速度参数。点击这个小点，图片右边的界面会显示该卫星的更多参数。
②卫星星历表
如果查询图24界面上所有卫星的在轨参数，可点击17号功能键，就会出现所选卫星的星历表（图25）。
在【Observer Parameters】（观测者参数）选项列表里，各个卫星的“El.”、“Az.”列数据也是卫星天线对星调整的仰角、方位角参数。注意：列表中的方位角是以正北方向为参考得出的数值，如果以正南方向作参考，需要减去180°，得出的数值为正值，表示南偏西；负值，表示南偏东。列表中的R.A.（right ascension）为赤经；Dec.（declination）为赤纬；Mag.（visual magnitude）为可观测卫星；State为观测状态，有visible（可观测）、not visible（不可观测）和shadow（阴影区）三种。
在【Orbital Parameters 1/2】和【Orbital Parameters 2/2】（轨道参数）选项列表里也列举了很多参数，有Lat.（纬度）、Lon.（经度）、Hgt（高度）、Prg（近地点距离）、Apg（远地点距离）、Prd.（轨道周期）、Vel.（卫星速度）、Orbit#（轨道编号）、Rng.（观测点和卫星间的距离）、Rng V. （距离变化范围）这些参数。在【Amateur Radio Parameters】（业余广播参数）选项列表里列举了Dnlink （下行频率）、Uplink （上行频率）、Rx.（接收频率）和Tx.（传送频率）四项参数。
③保存功能
SatBuster软件免费版没有保存功能，无论是观测点的位置设置、数据的导入，还是选项设置都无法加以保存。软件提示只有注册版本才有保存功能。（未完待续）