闲话卫星轨道预测
0. 毫无意义的引子
贵校的天文社长来找您做一件事情。
对方希望您可以为他们做一个程序，告诉您一些卫星，他们的观测地点，时间，希望您能够给出那个时候这些卫星在天空中的位置与相对速度，列成一个表格，并且预测过境时间
我又不是学天文的，为啥让我算
于是您丢给他了一个orbitron的指南
对方发现不能生成表格，他很懒，希望您写一个一键生成的程序。
于是我们开始找轮子
1.前置技能
首先，请先安装Python 3.7 + ，我们将使用Python,所以学习一些基础知识很有必要，你谷有[链接登录后可见]，大佬们应该学学就会。
安装一些需要的库，本文主要需要pyephem库，运行以下命令，当然可以使用国内Pypi 源
pip install pyephem
由于需要爬虫，自行安装一些相关库，本文使用requests+BeautifulSoup
然后学习一些天文知识
2.搞到数据
请搞到您要预测的卫星的NORAD Catalog Number的数据，可以在[链接登录后可见]通过名字搜索。
我们可以在<https://celestrak.com/satcat/tle.php?CATNR={NORAD Catalog Number}>搞到数据。我们以ISS（国际空间站）为例，NORAD Catalog Number是25544,进入[链接登录后可见]。
我们可以看到一坨文本，大概是这样
可能和您的不一样，那是因为时间不一样，因为本文分批完成，所以全文TLE也不一样。
这串是Two-line_element_set(TLE)数据。TLE?中文译名两行式轨道根数，由于记录卫星轨道。
不说格式了，自行百度。
可以用requests库下载数据，没有被robots.txt拦截（本来就是需要边爬边算的，如果不给API连爬网站都不让……站长素质可见一般）
代码
import requests #引入库
r = requests.get('https://celestrak.com/satcat/tle.php?CATNR=25544') #进行爬取
s=r.text
print (s) #得到内容并输出
这时，我们可以看到以下内容
<!doctype html>
<html>
<head>
<title>TLE for NORAD Catalog Number 25544</title>
</head>
<body>
<pre>
ISS (ZARYA)
1 25544U 98067A 19309.26609277 .00005709 00000-0 10697-3 0 9998
2 25544 51.6434 21.7673 0005860 232.6569 232.3132 15.50258596197147
</pre>
</body>
</html>
我们发现，TLE数据位于pre块中，我们用Beautiful soup进行解析
代码接上
from bs4 import BeautifulSoup #引入库
soup = BeautifulSoup(s, 'html.parser') #创建Soup对象
s=soup.pre.get_text() #得到第一个（唯一的一个）pre块的文本内容
s
我们得到以下内容
'\r\nISS (ZARYA) \r\n1 25544U 98067A 19309.26609277 .00005709 00000-0 10697-3 0 9998\r\n2 25544 51.6434 21.7673 0005860 232.6569 232.3132 15.50258596197147\r\n\r\n'
我们发现有一些没必要的换行，搞掉，同时\r\n变\n（代码接上）
s=s.replace ('\r','') #把\r变为空，即去掉
s=s[1:-2] # 抛弃第一个字符和后两个字符
print (s)
我们得到
ISS (ZARYA)
1 25544U 98067A 19309.26609277 .00005709 00000-0 10697-3 0 9998
2 25544 51.6434 21.7673 0005860 232.6569 232.3132 15.50258596197147
一个可以使用的TLE字符串
一个问题：对于没有TLE的卫星(一般是不在轨道，如坠落等)，怎么办？
我们发现，其内容为No TLE found，操作后为'No TLE foun'特判一下就好了(代码接上)
if s=='No TLE foun':
raise ValueError ("This NORAD catalog number don't have TLE data on celestrak.com") #这里抛出了异常，调用时可以捕捉
我们将以上代码包装成函数，使其可以用于任意NORAD Catalog Number的TLE数据
import requests
from bs4 import BeautifulSoup
def get_TLE (num):
r = requests.get('https://celestrak.com/satcat/tle.php?CATNR={}'.format(num))
s=r.text
soup = BeautifulSoup(s, 'html.parser')
s=soup.pre.get_text()
s=s.replace ('\r','')
s=s[1:-2]
if s=='No TLE foun':
raise ValueError ("This NORAD catalog number don't have TLE data on celestrak.com")
return s
3. 预测过境
我们得到了一个获取TLE的函数，现在我们尝试计算
假如说您想使用代码自行计算，我可以给您一张图片
本图来自CSDN
我们可以看到大量变量，您要写的代码不少呀！
所以，我们用一个别人写好的轮子——pyephem，我们可以看一下它的官方文档[链接登录后可见],全英语
我们如何用它呢？
当然，第一步import
首先，我们要实例化一个观察者小人对象(ephem.Observer)me,设置观察者的位置（经纬度），海拔（这是与观察结果有关的，假设您在114514km海拔,肯定和在地面上不一样），时间（如果您想，还可以提供气压以及温度）。
import ephem
me=ephem.Observer() #将观察者对象实例化
me.lat='40.250025' #纬度
me.lon='116.260367' #经度
#上方两行填您的坐标，注意一定是字符串
me.elevation =50 #海拔（大概就好了，不用很精准，单位米）
me.date = ephem.Date('2019/11/10 05:16:30') #这里是时间，详细内容看下文
对于时间，有若干种表示方法，推荐使用
ephem.Date('2019/11/10 05:16:30') #注意是格林威治时间，也就是不考虑时区，所以请自行把时间-8h（左边的例子应该是北京时间13时16分30秒）
ephem.Date(ephem.Date('2019/11/10 13:16:30') - 1/3) #如果您非要用北京时间不可的话
ephem.now() #当前时间，简单暴力
当我们把观察者对象准备就绪后，需要创建一个卫星对象(ephem.EarthSatellite) sat，然后使用readtle方法（代码接上上）
TLE=get_TLE(25544) #用上面的函数搞来TLE数据
TLE=TLE.split('\n') #因为readtle方法只能有三个单行的字符串，所以要切开
sat = ephem.readtle(TLE[0], TLE[1],TLE[2]) #用TLE数据生成sat对象
现在所有数据都就绪了，直接开始计算！
sat.compute(me) #就是这么简单，ephem真强
这时候，我也不知道程序做了多少奇怪的操作，但是可以肯定的是一般我们能用得上的数据，都已经算好了
如果我们只是需要确定卫星当前位置的话，方位角，仰角和相对速度，只需要从sat当中取出来就好了
值得一提的是，sat中默认的方位角和仰角是弧度，需要化为角度，\text{角度}=\dfrac{\text{弧度}\times 180}{\pi},代码接上
print(sat.az * 180.0 / 3.1416) #卫星的方位角
print(sat.alt * 180.0 / 3.1416 ) #卫星的仰角
print(sat.range_velocity) #卫星的相对速度
如果我们要预测下次过境的话，还需要再运行一次运算
me.next_pass(sat)
这玩意返回一个六元组
(升起的时间，升起时的方位角，达到最高点的时间，最高点的仰角，落下地平线的时间，落下地平线时的方位角)
不要问我为什么没有最高点的方位角
4.生成表格
咕咕咕
