技術摘記

1999/10/10 福爾摩沙二號衛星在中繼軌道(Parking Orbit)運行時ISUAL的觀測區域軌跡模擬 - 一、 電腦模擬的參數定義

建立於 2010-12-13, 週一
一、 電腦模擬的參數定義

由已知的文獻中及觀測數據可以得知﹐紅色精靈主要是發生大約高度50 ~ 90公里的高空中。為了滿足觀測上的需求﹐高空大氣影像儀必須要能觀測要40公里以上至150公里的空間﹐如此才可能觀測到紅色精靈的演歷資料。高空大氣閃電影像儀的視界(field of view)為6°×34°﹐且採用側視(limb view)的觀測方式﹐即科學儀器是架設在衛星的右側(如圖一所示)。由圖一中可以看出﹐在局部垂直局部水平(local vertical, local horizontal)的姿態下﹐衛星的局部座標系定義如下﹕局部座標系的Z軸(Lz)為指向地心的方向。Y軸(Ly)則為指向衛星軌道運動之角動量的反方向﹐即 Ly= -(rsat×vsat)∕(|rsat||vsat|) ﹐其中 rsat為衛星的位置向量﹐ vsat為衛星的速度向量。而X軸(Lx)則為指向衛星的前進方向。如前所述﹐高空大氣閃電影像儀是架在衛星的右側﹐即圖一中的Y-Z平面上。在此﹐我們定義影像儀和衛星本體座標Z軸的夾角為視角(viewing angle)。


圖一 、 ISUAL在福爾摩沙衛星二號的相對座標


由規格可知影像儀的視界(field of view)上下約為6度。為了滿足上文所述的觀測件條(觀測40 ~ 150公里的高空)﹐我們希望影像儀的視界上緣能切半徑為R+150km的圓,其中R為地球半徑,如圖二所示。圖二中,OA的長度為衛星的任務軌道高度(R+891 km),OP則為想要觀測的最高高度(R+150 km),所以利用正弦定理可以求出角OAP的大小約為63.9045度,此為影像儀的視界的上緣,所以影像儀的視界中心之視角約為60.9045度。但是衛星在中繼軌道上時,由於軌道的高度和任務軌道相差了168公里,所以針對任務軌道所算出的影像儀之觀測視角並不合適於中繼軌道上的操作。如圖二所示,線段OB代表衛星中繼軌道的高度(R+723 km),OQ則為想要觀測的最高高度(R+150 km),同樣地,利用正弦定理可以求出角OBQ的大小約為66.8252度,此為影像儀的視界的上緣,所以影像儀的視界中心之視角約為63.8252度。簡言之,衛星在中繼軌道上運作時,影像儀之觀測視角要比任務軌道時多3度。本文以下的部分就以影像儀在任務軌道之觀測視角加上3度來當作中繼軌道的觀測視角。


圖二、ISUAL的觀測視角

 

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