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/*************************************************************************************
*文件名称：卫星轨道模型 *
*作 者： *
*版 本： *
*日 期： *
*功能描述：本程序为卫星六轨道根参数模型，用于描绘卫星的轨道以及计算卫星的位置。 *
*输 入：该程序为多输入，输入为椭圆轨道半长轴、椭圆轨道偏心率、卫星近地点时刻、近地*
* 点幅角、升交点赤经和椭圆轨道倾角。 *
*输 出：该程序为多输出，输出为卫星的位置和速度。 *
*函数列表：1.getE()——用于计算偏近地角； *
* 2.getX()——用于计算卫星在空间直角坐标系中的x坐标； *
* 3.getY()——用于计算卫星在空间直角坐标系中的y坐标； *
* 4.getZ()——用于计算卫星在空间直角坐标系中的z坐标； *
* 5.getVX()——用于计算卫星在空间直角坐标系中x轴方向的速度vx； *
* 6.getVY()——用于计算卫星在空间直角坐标系中y轴方向的速度vy； *
* 7.getVZ()——用于计算卫星在空间直角坐标系中z轴方向的速度vz。 *
*历 史： *
* Copyright (c) wangchong. All Rights Reserved *
*************************************************************************************/
#include "Track.h"
#include <cmath>
Track::Track()
{
}
Track::~Track()
{
}
/**************************************************************************************
*描述：getE()函数用于计算偏近地角E，采用Newton迭代法求解开普勒方程，输入为椭圆轨道半 *
* 长轴a、椭圆轨道偏心率e、近地点时刻tp和时间t，输出为任意时刻t所对应的偏近地角E。*
**************************************************************************************/
double Track::getE(double a, double e, double tp, double t) //计算偏近地角（弧度）
{
double u = 3.986005e14;
double n = sqrt(u / pow(a, 3));
double M = n * (t - tp);
double E0 = 0;
while (1)
{
double E = E0 - (E0 - e * sin(E0) - M) / (1 - e * cos(E0));
double Er = abs(E - E0);
if (Er < 1e-5)
{
return E;
}
else
{
E0 = E;
}
}
}
/*************************************************************************************
*描述：getX()函数用于计算卫星在空间直角坐标系中的x坐标，输入为椭圆轨道半长轴a、椭圆轨*
* 道偏心率e、偏近地点角E、近地点幅角w、升交点赤经o和椭圆轨道倾角i，输出为卫星在 *
* 空间直角坐标 系中的x坐标。 *
*************************************************************************************/
double Track::getX(double a, double e, double E, double w, double o, double i) //计算卫星在空间直角坐标系中的x坐标
{
double x = a * (cos(E) - e) * (cos(w) * cos(o) - sin(w) * sin(o) * cos(i)) + a * sqrt(1 - pow(e, 2)) * sin(E) * (-sin(w) * cos(o) - cos(w) * sin(o) * cos(i));
return x;
}
/*************************************************************************************
*描述：getY()函数用于计算卫星在空间直角坐标系中的y坐标，输入为椭圆轨道半长轴a、椭圆轨*
* 道偏心率e、偏近地点角E、近地点幅角w、升交点赤经o和椭圆轨道倾角i，输出为卫星在 *
* 空间直角坐标系中的y坐标。 *
*************************************************************************************/
double Track::getY(double a, double e, double E, double w, double o, double i) //计算卫星在空间直角坐标系中的y坐标
{
double y = a * (cos(E) - e) * (cos(w) * sin(o) - sin(w) * cos(o) * cos(i)) + a * sqrt(1 - pow(e, 2)) * sin(E) * (-sin(w) * sin(o) - cos(w) * cos(o) * cos(i));
return y;
}
/*************************************************************************************
*描述：getZ()函数用于计算卫星在空间直角坐标系中的z坐标，输入为椭圆轨道半长轴a、椭圆轨*
* 道偏心率e、偏近地点角E、近地点幅角w和椭圆轨道倾角i，输出为卫星在空间直角坐标系*
* 中的z坐标。 *
*************************************************************************************/
double Track::getZ(double a, double e, double E, double w, double i) //计算卫星在空间直角坐标系中的z坐标
{
double z = a * (cos(E) - e) * sin(w) * sin(i) + a * sqrt(1 - pow(e, 2)) * sin(E) * cos(w) * sin(i);
return z;
}
/*************************************************************************************
*描述：getVX()函数用于计算卫星在空间直角坐标系中x轴方向的速度vx，输入为椭圆轨道半长轴*
* a、椭 圆轨道偏心率e、偏近地点角E、近地点幅角w、升交点赤经o和椭圆轨道倾角i，输 *
* 出为卫星在空 间直角坐标系中x轴方向的速度vx。 *
*************************************************************************************/
double Track::getVX(double a, double e, double E, double w, double o, double i) //计算卫星在空间直角坐标系中的x轴方向的速度
{
double u = 3.986005e14;
double x = getX(a, e, E, w, o, i);
double y = getY(a, e,E, w, o, i);
double z = getZ(a, e, E, w, i);
double r = sqrt(pow(x, 2) + pow(y, 2) + pow(z, 2));
double vx = sqrt(u * a) * (-sin(E)) * (cos(w) * cos(o) - sin(w) * sin(o) * cos(i)) / r + sqrt(1 - pow(e, 2)) * cos(E) * (-sin(w) * cos(o) - cos(w) * sin(o) * cos(i));
return vx;
}
/*************************************************************************************
*描述：getVY()函数用于计算卫星在空间直角坐标系中y轴方向的速度vy，输入为椭圆轨道半长轴*
* a、椭圆轨道偏心率e、偏近地点角E、近地点幅角w、升交点赤经o和椭圆轨道倾角i，输出*
* 为卫星在空间直角坐标系中y轴方向的速度vy。 *
*************************************************************************************/
double Track::getVY(double a, double e, double E, double w, double o, double i) //计算卫星在空间直角坐标系中的y轴方向的速度
{
double u = 3.986005e14;
double x = getX(a, e, E, w, o, i);
double y = getY(a, e, E, w, o, i);
double z = getZ(a, e, E, w, i);
double r = sqrt(pow(x, 2) + pow(y, 2) + pow(z, 2));
double vy = sqrt(u * a) * (-sin(E)) * (cos(w) * sin(o) + sin(w) * cos(o) * cos(i)) / r + sqrt(1 - pow(e, 2)) * cos(E) * (-sin(w) * sin(o) + cos(w) * cos(o) * cos(i));
return vy;
}
/*************************************************************************************
*描述：getVZ()函数用于计算卫星在空间直角坐标系中z轴方向的速度vz，输入为椭圆轨道半长轴*
* a、椭 圆轨道偏心率e、偏近地点角E、近地点幅角w、升交点赤经o和椭圆轨道倾角i，输 *
* 出为卫星在空间直角坐标系中z轴方向的速度vz。 *
*************************************************************************************/
double Track::getVZ(double a, double e, double E, double w, double o, double i) //计算卫星在空间直角坐标系中的z轴方向的速度
{
double u = 3.986005e14;
double x = getX(a, e, E, w, o, i);
double y = getY(a, e, E, w, o, i);
double z = getZ(a, e, E, w, i);
double r = sqrt(pow(x, 2) + pow(y, 2) + pow(z, 2));
double vz = sqrt(u * a) * (-sin(E)) * sin(w) * sin(i) / r + sqrt(1 - pow(e, 2)) * cos(E) * cos(w) * sin(i);
return vz;
}