衛星的運行方式與種類，由克卜勒定律(Kepler’s law )的第一定律、第二定律 與第三定律說明太陽系行星相關軌道關係，可以應用於地球與衛星軌道關係。衛 星以地球為焦點，作橢圓軌道環繞地球。軌道中最靠近地球地點稱為近地點 (Perigee)，而離地球最遠地點稱為遠地點(Apogee)。衛星在各軌道的特徵與用途，
依 衛 星 離 地 面 高 度 ， 可 分 類 為 低 空 軌 道 LEO(Low Earth Orbit) 、 中 軌 道 MEO(Medium Earth Orbit)、同步軌道 GEO(Geostationary Earth Orbit )和高橢圓軌 道 HEO(Highly Elliptical Orbit)四種。衛星之高度(Altitude)直接影響下列幾項問 題。地面電台至衛星傳播時間之長短、衛星環繞地球之週期、衛星涵蓋地球之面
(2) 地面追蹤站之基本系統架構
2.調變及解調系統 (中頻系統 Intermediate Frequency System) a.發射頻率轉換器 (對太空信號轉換器 Up Converter)
對已調變後之中頻信號，轉換為可向衛星發射之射頻。
b.接收頻率轉換器 (對地信號轉換器 Down Converter)
將接收機來自衛星之信號轉為中頻信號發射與接收頻率轉換器，皆由本地振 盪器( Local Oscillator )與混波器(Mixer)以及帶通濾波器 BPF ( Band Pass Filter ) 等三個元件所組成的。而混波器的原理，是使用具有非線性之元件(如二極體) 內，輸入兩個頻率信號，以產生具有頻率和或頻率差的輸出信號，再使用帶通濾 波器，取出所需的信號。假設已知接收頻率為fR，本地震盪頻率為 fL 時，中頻 fIF 頻率即為(fR - fL)。又因為中頻 fIF 通常採用固定之頻率，與接收頻率 fR 對 應，換言之，本地震盪器頻率fL 為(fR – fIF)。
3.發射及接收系統 (射頻系統 Radio Frequency System) a.發射機 (Transmitter) (如圖 4.2.2 所示)
其功能是針對欲傳送資料之衛星設定發射頻率，主要是定期對衛星進行軌道 修正和位置保持等控制，使其準確進入靜止軌道上的指定位置。衛星通訊用之發 射機，除採用行波管TWT( Traveling Wave Tube ) 或調速管(Klystron)等高輸出真 空管外，也採用場效電晶體FET( Field Effect Transistor)之功率輸出較小者。前者 是 獲 得 介 於 100W~ 數 KW 間 輸 出 的 高 功 率 放 大 設 備 HPA(High Power Amplifier)。後者則是輸出僅介於數 W~10W 左右而已。因此大型之地面追蹤站 都是使用行波管TWT 或調速管，而場效電晶體 FET 則是用於小型 VSAT 發射站。
圖4.2.2、 發射機(Transmitter)
b.接收機 (Receiver) (如圖 4.2.3 所示)
主要用於設定 LEO 衛星經過時之接收頻率，可接收經衛星轉發而來的相關 資料。一般接收機未能接收來自衛星良好品質的微弱電磁波起見，需採用雜訊產 生較少之低雜訊放大器，以供作接收機放大器之用。接收信號的品質依據接收信 號與雜訊功率兩者之比而定，若相同之接收信號位準對應產生雜訊越少之接收 機，則其品質越佳。
須先透過頻譜分析儀來量測衛星之頻率與接近位置，再將頻譜收到的資料送 到M&C(Monitor and control)這套軟體，之後由 M&C 驅動接收機。在這邊我們 是使用三台接收機分別為 receiver1、receiver2 和 receiver3，此種方式之好處是 receiver3 可以將 receiver1 和 receiver2 所接收之資料合併，取得較精確之資料。
4.天線系統(如圖 4.2.4 所示) a.天線(Antenna)：
X 頻段天線系統主要功能是接收 X 頻段衛星系統之相關資料(如中華衛星二 號)。X 頻段天線系統動作原理是將碟型天線接收到的無線通訊信號饋聚，並經 由饋電器將信號送至放大器予以放大；由同軸電纜輸送到安裝於天線後的降頻器 降頻，經過解調、位元同步處理之後，透過地面通訊網路將位元同步資料傳送與 處理。
圖4.2.3、 接收機(Receiver)
此次計劃之追蹤式衛星天線不同於一般的兩種角度改變方式，是採用方位角 (Azimuth)、傾斜角(Tilt)和仰角(Elevation)同時改變的方式，以追蹤選定的衛星，
傾斜角(Tilt)之功能是可以輔助仰角(Elevation)之角度(如圖 4.2.5 所示)。
方位角 (Azimuth) 仰角
(Elevation)
圖4.2.5、方位角(Azimuth)、傾斜角(Tilt)和仰角(Elevation) 之馬達驅動裝置
傾斜角(Tilt)
圖4.2.4、 X 頻段天線地面站追蹤站
b.馬達 (Motor) ：
衛星天線追蹤(Tracking)方面主要是利用 DC 伺服馬達驅動，DC 伺服馬達是 自動化機械中，精密定位常用之旋轉作動元件，如數值控制(CNC)之工具、機器 人(Robot)及印刷機等產業機械。圖 4.2.6 所示為 DC 伺服馬達的剖面圖。圖 4.2.7 所示為馬達驅動裝置之內部構造。
圖4.2.6、 DC 伺服馬達剖面圖
圖4.2.7、 馬達驅動裝置之內部構造
5.監控系統
主要功能是監測地面站的整個工作狀態，發生故障時控制備用設備的切換，
以確保通訊的正常進行。包含對射頻設備和對基頻帶設備的監控。網路控制中心 通過衛星網路，對系統中各個地面站的遙測與監控。現代衛星地面站的監控設 備，是一種自動監控管理系統，並將朝智慧化方向發展。
a.頻譜分析儀：(如圖 4.2.8 所示)
主要用於量測衛星之頻率與距離位置，量得之頻譜分為channel 1 和 channel 2，再透過 M&C(Monitor and control)軟體將 channel 1 和 channel 2 個別傳送到接 收機1 和接收機 2。
b. M&C(Monitor and control)軟體：
主要功能是將頻譜分析儀量測到之 channel 1 和 channel 2 頻率傳送到接收 機，由圖4.2.9 可看出量測之信號分別傳送到 TELEMETRY1 和 TELEMETRY1。
圖4.2.8、 頻譜分析儀
6.電源系統
供給地面站各部分所需的各種電源，為保證地面站正常工作的必須條件。因 此此系統需為高可靠性的設備，要求不間斷地工作，其中包括配電設備、低壓變 換設備、自發電設備和不間斷供電設備(UPS)等。
7 衛星之追蹤流程(如圖 4.2.10 所示)
地面站天線追蹤衛星的方法主要可分為三個階段。
Step 1 軟體追蹤階段(Program Tracking)：
首先是經由衛星軌道預測軟體把預知的衛星軌道位置數據和經過時間輸入 電腦，而當衛星接近地面追蹤站附近的上空時，電腦會根據衛星軌道預測軟體的 數據來調整天線的指向，此階段稱為軟體追蹤(Program Tracking)階段。
Step 2 自動追蹤階段(Auto Tracking)：
當衛星進入頻譜分析儀和接收機可量測到之範圍時(信號接收強度約大於 -105dbm)，此時電腦會由接收訊號的強弱來控制天線控制單元 (如圖 4.2.11 所示) 與驅動馬達裝置以追蹤到 LEO 衛星之最佳位置，此階段稱為自動追蹤(Auto Tracking)階段。
圖4.2.9、 M&C(Monitor and control)軟體
Step 3 軟體追蹤階段(Program Tracking)：
當衛星移動到頻譜分析儀和接收機無法量測到之範圍時(信號接收強度約小 於-105dbm) ，此時追蹤模式會由自動追蹤階段切換成軟體追蹤階段並等待衛星 軌道預測軟體所預測之下次衛星會到達之時間。
圖4.2.11、 天線控制單元(Antenna Control Unit)
Stand By Step1:
Program Tracking
Step2:
Auto Tracking
信號強度<-105dbm LOST
OF SIGNAL
圖 4.2.10、天線追蹤流程
信號強度 >-105dbm
Step3:
Program Tracking
Stand By ACQUIRE
OF SIGNAL
Part III：低空軌道衛星遙傳追蹤系統之衛星軌道預測軟體 4.3.1 衛星地面站之衛星軌道預測軟體簡介與 Nova from windows
教學 兩套衛星軌跡預測軟體，Nova for windows、Satellite Tool Kit。
1.衛星軌跡預測軟體 Nova for windows
2.衛星軌道預測軟體(Satellite Tool Kit)：
此次計畫中我們使用AGI 公司所推出之 Satellite Tool Kit 衛星軌道追蹤軟 體，此套軟體受歡迎之原因是由於 STK 具有精確的太陽系九大行星三維動態 平台，可模擬人造衛星火箭發射、軌道轉換、姿態控制、衛星通訊、太空遙測、
彈道飛彈、飛彈防禦、GPS 導航、雷達偵測、GIS、C4ISR、模式模擬、戰場
4D-RealTime-Network 模擬分析，可應用於概念簡報、模擬驗證、細部設計、
演習、任務執行、訓練、宣傳等等，其衛星軌道預測的準確性相當高且可同時 追蹤多顆衛星、追蹤之衛星資料更新只需從網路上下載即可，且相關介面在使 用上相當方便，是一套相當專業的衛星軌道預測軟體。
此套軟體在取得方面相當容易，只需先在網站上http://www.agi.com/ 下 載 Satellite Tool Kit 試用軟體，再由使用者自行向原公司購買註冊序號即可。
其他還有 IT(Instant Track)、Logsat、PTIC(Program Tracking Interface computer)、Orbitron…等衛星軌道追蹤軟體，在本次計畫中將不再詳述。
(2) Nova for windows 衛星軌跡預測軟體詳細的操作步驟:
1.地面追蹤站之基本設定：
設定地面接收站的基本資訊，包含地面接收站的位置，其中包含經度、緯 度以及地面接收站的高度。
當軟體安裝完成之後首先要做的動作就是地面追蹤之位置設定，其中包括 方位角(Azimuth)、仰角(Elevation)和地面追蹤站之高度，只需從 Setup Observers 設定即可，如圖 4.3.1 所示。設定完成之後以便於衛星軌道追蹤軟 體能正確的利用此項資訊來判斷每顆衛星對於地面追蹤站之相對資料。
2.地面站之時間設定：
設定時間的基本資訊，而Nova for windows 以電腦的時間設定為準，所以 只要準確的設定電腦的時間就能精確的預測衛星軌跡。
圖4.3.1、 地面追蹤站之位置設定
每一套衛星軌道預測軟體皆需設定地面接收站之時間資訊，而此套軟體提 供了相當了方便之時間設定模式，它是以電腦的時間設定為準，只須正確的設 定時間後即可精確的預測衛星移動之軌道。從 Setup Time 進入即可設定時 間，如圖4.3.2 所示。
3.衛星之追蹤預測設定：
設定常用的衛星群基本資訊，Nova for windows 衛星軌跡預測軟體提供了 其他衛星預測軟體所沒有的衛星群組功能，經由使用者的設定進而選擇可同時 追蹤預測多顆的衛星，此項功能不但方便於追蹤多顆衛星軌跡，還可以簡化其 他衛星預測軟體繁瑣的操作步驟。
Nova for Windows 這套軟體提供了多顆衛星群組之設定，使用者可同時進 行多顆衛星軌道預測之功能設定，此功能比起其他衛星軌道預測軟體更方便於 使用者同時進行多顆衛星軌道追蹤。其設定方式只需從 View Create new view Use the view creation wizard 進入，再從 Satellite Data base 將所需預測 之衛星名稱(可同時選擇多顆衛星)點選拖曳到 View’s contents 即可開啟一個 衛星軌道預測視窗，如圖4.3.3 所示。
圖4.3.2、 地面追蹤站之時間設定
：地面站所在之位置
：移動中之衛星
Nova for Windows 常用之功能與指令介紹：
在圖4.3.4 之畫面中按右鍵會出現幾個常用之選項，我們將在下面做詳細之介紹。
a.Configure View：讓使用者可以很方便的在衛星軌道追蹤之畫面上直接更改搜尋 之衛星和地面追蹤站所在之位置。
b.View’s Clock：讓使用者可以在畫面上更改地面站之時間設定。
c.Text Display：使用者可以在畫面上更改顯示圖框之排列，圖框之功能包含顯示 模式和觀測時間之快速前進或後退，可以讓使用者提前預知衛星 軌道之行進位置與瀏覽之前行進之軌跡。
d.Map Style：可以讓使用者依需求隨意選擇四種衛星軌跡觀測模式，包含：
d.Map Style：可以讓使用者依需求隨意選擇四種衛星軌跡觀測模式，包含：