航天器（包括衛星、飛船、探測器等等）有三大類方式來確認自己的軌道。

這三種方式，用通俗的話來說，就是：地面遙測、航天器自己測、其他航天器幫你測。

0#如何確定軌道

這是一個遠早於航天史的問題，天文學家在摸索太陽系行星軌道時就做了深入的研究，

開普勒透過自己和第谷的觀測資料，總結出了著名的開普勒行星運動三定律：

一顆行星的軌道是橢圓形，太陽位於其焦點；連線行星和太陽的線段在相同時間內掃過相同的面積；行星軌道週期的平方與其軌道的半長軸的立方成正比。

開普勒三定律，不僅適用於太陽和行星，也適用於所有的人造行星、衛星的軌道。此後的天文學家和數學家們基於開普勒等人的研究，探究了多種方法：

高斯的測量方式是確定行星在天球座標的兩個點，以及兩個點對應的時間，透過計算觀測的飛行時間內穿過兩點的橢圓軌道來測定軌道和速度；吉布斯的測量方式是確定行星的三個軌跡點，透過三個點確定橢圓軌道，這一方式可以衍生出最基本的GPS導航衛星的定位方式；拉普拉斯的測量方式是測量行星的三個點的方位角、俯仰角和對應的時間，這一做法由於其演算法的快速收斂和穩定而被廣泛應用。

總之，在航天還只存在於人類的夢想中時，測量軌道的計算方式已經確立了，接下來就是如何測量的問題了。

1#地面遙測

地面遙測的方式有兩種，光學遙測和雷達遙測。光學遙測的特點在於鐳射測距的精度更高，但受天氣影響很大，而雷達遙測則幾乎不受天氣影響。

在雷達遙測中，分主動式遙測和接收航天器遙測訊號兩種型別，前者不需要衛星的任何配合，但輸出功率和天線增益要求高，後者則是透過接收航天器發射的訊號來測試。

雷達遙測的方式則有三種：干涉測量，雷達測距和多普勒測速。

干涉測量利用多個獨立的天線接收到的訊號之間存在相位差來測量，這裡以兩個雷達舉例，兩座雷達間隔距離為D，俯仰角為θ，雷達波長為λ，測出的相位差Δφ滿足：

常見的測量宇宙星系和深空探測器距離的方式就是透過甚長基線干涉測量（VLBI）的，幾臺望遠鏡可以相隔很遠的距離，模擬一個超大口徑的天線。

雷達測距的方式和鐳射測距方式相同，就是透過測量訊號往返時間來測量距離的，由於航天器的速度較快，多普勒效應比較明顯，而鐳射的頻率較高，因此測量精確度更高。

多普勒測速的方式也是所有雷達最常用的的功能之一，利用的就是相對運動中的波源會發生頻率偏移，相對速度的計算公式如下：

值得一提的是，一部雷達難以同時兼顧測距和測速，測距的方式往往會產生速度模糊，而測速的高重頻方式會產生距離模糊。

2#航天器自行測量

自行測量可以分為測自己和尋找外界參考，測自己的主要裝置是陀螺儀，透過陀螺儀瞭解航天器自身實時的姿態控制。

尋找外界參考有多種方式：

人造衛星可以攜帶高度計，可以直接測量自己的實時軌道高度，高度計的仍然是衛星攜帶的鐳射測距或雷達測距裝置。

而深空航天器早已脫離地球，高度計已經用處不大，因此通常採用測星的方式。

這個方法可以追溯到大航海時期的水手們。而沒有GPS等導航衛星時期的潛艇，在長期潛航，安全浮出水面後，面對星空的第一件事，不是感嘆，而是趕緊測星來修正自己的位置。

通常深空航天器的測星儀會存上千個恆星的座標，對準浩瀚的太空，透過比對資料來確定自己的方位。

3#其他航天器協助測量

GPS、北斗等導航衛星不僅能在地面進行定位，也能在低地球軌道LEO對衛星進行定位，在保證精度的情況下的高度可達到 3000 km。而絕大多數 導航衛星位於22000km左右的中地球軌道MEO和36000km的地球同步軌道GSO。導航衛星也可以定位地球同步軌道GSO的軌道，不過誤差可以達到km級。

此外，ll-SST低軌道衛星星間追蹤技術也可以對彼此之間的軌道進行測量和定位，這種 情況尤其適用於同類型同軌道的衛星之間的軌道測量。