一种基于相对转动的地球固连系-惯性系快速高精度转换方法
专利汇可以提供一种基于相对转动的地球固连系-惯性系快速高精度转换方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于相对转动的地球固连系-惯性系快速高 精度 转换方法，其步骤如下：一：准备工作；二：初始参数计算；三：输出星历插值表；四：读取星历插值表；五：初始化t时刻的相关矩阵；六：求解t时刻对应的坐标变换矩阵。通过以上步骤，提出了一种基于相对转动的固连系-惯性系坐标变换快速计算方法；该方法仅在事先生成星历插值表时，调用SOFA的相关子程序。在生成星历表后，只需要查找表中包含对应待求时刻的区间，读取相关的参数并进行线性插值，最后代入相应的矩阵，完成三次乘法运算即可。该方法只消耗少量的计算、不需要过多的天文理论背景、成本低廉易于实现，在航天的制导导航与控制等方面都具有重要的意义，可用于固连系坐标到惯性系坐标的快速变换。与传统的基于SOFA程序方法相比，这种新型的坐标转换方法大大降低了 算法 上的复杂度，在保证一定精度的同时能够以很小的计算代价完成相同的功能。，下面是一种基于相对转动的地球固连系-惯性系快速高精度转换方法专利的具体信息内容。
1.一种基于相对转动的地球固连系-惯性系快速高精度转换方法，其特征在于：其步骤如下：
步骤一：准备工作
地球固连参考系定义：
常用的地球固连参考系有国际地球参考系、协议地球参考系、1984世界大地坐标系和
2000国家大地坐标系。国际地球参考系(International Terrestrial Reference System，简称ITRS)是目前最常用的地球参考系，它由IERS发布。IERS一直在对框架进行不断地改进和修正，至今IERS已经公布了13个版本，目前最新的版本是ITRF2014。该参考系的z轴被定义为与地球自转轴平行或重合，x轴则是指向本初子午线与地球赤道的交点。本发明中实现参考系变换时使用的地球参考系是ITRS。
地心惯性参考系定义：
常用的地心惯性参考系有J2000.0参考系、质心天球参考系和地心天球参考系(Geocentric Celestial Reference System，简称GCRS)。GCRS的坐标轴指向由甚长干涉(VLBI)测量的一组河外射电源在J2000.0天球赤道坐标系确定，是一个准空间固定参考系，可以便于表示天体在空间中的方位。J2000.0参考系是用J2000.0时刻的天球赤道与赤经章动来确定的天球参考系，即平春分点平赤道地心参考系，该参考系的坐标原点位于地球质心，其xoy平面是J2000.0时刻的平赤道面，x轴指向J2000.0时刻的平春分点。由于该坐标系只考虑了岁差修正而忽略了章动部分的修正，因此在航天器精密定轨中一般不使用该参考系。本发明中实现参考系变换时使用的地心惯性参考系是GCRS。
基础天文标准库(SOFA)：是由国际天文联合会(IAU)赞助的项目，旨在为天文计算过程中提供具有权威性的有效算法以及部分常数的数值。SOFA程序的第一版代码于2001年10月底发布，在此之后基本是每18个月都会进行版本维护。SOFA的算法最初是用Fotran77编写的，由于C语言的广泛应用及其高效性，在2009年2月IAU又推出了ANSI C版本的SOFA。目前，最新版SOFA(截止2018年10月)主要包含了天体测量学、日历、时间尺度、黄道坐标、地球自转和恒星时间、银河坐标、地心/大地转换、岁差，章动和极移以及星历转换等内容。
两部分儒略日：
本发明中使用的儒略日由两个变量(JD1与JD2)组成。JD1表示的是儒略日的整数部分，JD2表示的是儒略日的小数部分。以两个长双精度的变量来存储日期有直观、精度高和方便计算的优点。
地球旋转角(Earth Rotation Angle，简称ERA)：
地球旋转角ERA0是t0时刻天球中间极赤道上CIO与TIO之间的角距离，它是UT1的线性函数。当t1>t0时，t1时刻的地球旋转角ERA1可以表示为：
上式中， 为t0至t1时刻的地球旋转平均角速度。
地球旋转角矩阵[ERA]是一个绕y轴旋转ERA角度的3×3矩阵。
固连系-惯性系转换矩阵：
[GCRS]＝[T][ITRS]＝[W][ERA][CIO][ITRS] (2)
上式中，[T]表示整个坐标变换过程的总体矩阵，[CIO]表示CIO理论中的岁差章动矩阵，[ERA]表示地球旋转角矩阵，[W]表示极移矩阵，它们都可以通过调用SOFA的子程序进行计算。
相对转角理论：
对于给定的初始时刻t0和下一时刻t1，它们对应的变换总体矩阵分别为T0、T1，那么从t0到t1时刻的变换矩阵Q可以通过下式得到：
上式及以后的公式中，”矩阵’”(具有上撇符号的矩阵)均代表原矩阵的逆矩阵。
考虑到在短时间内(1天以内)，岁差章动矩阵[CIO]的变化很小：
[CIO(t0)]′[CIO(t1)]≈I
上式中，I为单位矩阵。
因此， t时刻的总体变换矩阵T可以通过以下公式得到：
上式中，T0可以通过固连系-惯性系转换矩阵计算得到。
通过这种方法就可以得到t0至t1时刻之间，任意时刻t所对应的坐标变换矩阵。
步骤二：初始参数计算
通过调用SOFA的子程序iauUtcut1计算给定IERS数据发布时刻t0(UTC)、后一天的对应时刻t1(即t0+1)(UTC)对应的UT1时标：
iauUtcut1(t.UTCJD1,t.UTCJD2,&t.UT1JD1,&t.UT1JD2)) (6)
上式中，t.UTCJD1和t.UTCJD2表示在t时刻以UTC时标表示的两部分儒略日，同样地t.UT1JD1、t.UT1JD2为t时刻以UT1时标表示的两部分儒略日。需要分别计算发布时刻t0和后一时刻t1对应的UT1时标。
得到两个时刻对应的UT1时标后，再通过调用SOFA的子程序iauEra00计算发布时刻t0、后一时刻t1对应的地球旋转角ERA0、ERA1：
iauEra00(t.UT1JD1,t.UT1JD2)(7)
上式中，t.UT1JD1、t.UT1JD2为t时刻以UT1时标表示的两部分儒略日。需要分别计算发布时刻t0和后一时刻t1对应的地球旋转角ERA，并记 因此，可以计算得到t0和t1时刻之间的地球旋转平均角速度
调用SOFA子程序计算极移矩阵W(t0)和岁差章动矩阵CIO(t0)，在计算得到这两个3×3矩阵的相应数值后，通过以下公式将它们分解为欧拉角：
步骤三：输出星历插值表
执行一次步骤二，可以得到t0、 θ0、ψ0、 Px0、Py0和Pz0的数值。使用C语言的fprint函数或C++的标准输出流函数将它们按照顺序存储至逗号分隔符文件(扩展名为.csv)中，这样就完成了一条星历的计算。
若将时间间隔(t1-t0)设置为1天，使用 进
行迭代循环计算N次，就可以得到一个条目数为N的星历插值表。通过这个插值表，可以计算t0时刻至t0+N天的时间内，任意时刻对应的固连系-惯性系的坐标变换矩阵。
在生成星历插值表后，计算上述时间段内的坐标变换矩阵时，无需调用任何SOFA的子程序，而且星历插值表只需要生成一次保存即可。
步骤四：读取星历插值表
使用C语言的fopen函数或C++的标准输入流函数，按行循环读取星历插值表中的数值，并将这些数值保存至多个一维数组或一个二维数组中，即可完成星历插值表的读取。
步骤五：初始化t时刻的相关矩阵
首先，使用二分法(或者其他高效的下标搜索方法)查找t所在的时间区间(t∈(t0,t1),t1-t0＝1)对应的t0,t1在数组中的下标。
获取t0,t1对应的下标后，再读取t0对应的 θ0、ψ0、 Px0、Py0和Pz0的数值以及t1对应的Px1、Py1和Pz1的数值。通过对Px0、Py0、Pz0以及Px1、Py1和Pz1线性插值(例如：
)，得到Px、Py和Pz，从而完成参数的初始化。
通过式(2)和下面的公式，可以完成矩阵T0、[W(t0)]、 以及[W(t1)]的初始化：
上式中，Rx，Ry和Rz分别表示绕x、y、z轴旋转相应欧拉角生成的矩阵。
例如：
通过此步骤，即可完成相关矩阵的初始化工作。
步骤六：求解t时刻对应的坐标变换矩阵
步骤五已经初始化了[W(t0)]矩阵，但是在式(5)中，需要它的逆矩阵。无论是岁差章动矩阵CIO还是极移矩阵W，它们的逆矩阵都与它们的转置矩阵相同。这个结论可以通过旋转矩阵的性质简单证明，此处不再赘述。
对[W(t0)]进行转置，得到[W(t0)]′。然后将它和其他相关矩阵的数值代入式(5)，通过三次矩阵乘法可以获得t时刻的总体变换矩阵T。
通过以上步骤，提出了一种基于相对转动的地球固连系-惯性系快速高精度转换方法；
该方法仅在事先生成星历插值表时，调用SOFA的相关子程序。在生成星历表后，只需要查找表中包含对应待求时刻的区间，读取相关的参数并进行线性插值，最后代入相应的矩阵，完成三次乘法运算即可。
该方法只消耗少量的计算、不需要过多的天文理论背景、成本低廉易于实现，在航天的制导导航与控制等方面都具有重要的意义，可用于固连系坐标到惯性系坐标的快速变换。
与传统的基于SOFA程序方法相比，这种新型的坐标转换方法大大降低了算法上的复杂度，在保证一定精度的同时能够以很小的计算代价完成相同的功能。
一种基于相对转动的地球固连系-惯性系快速高精度转换
方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种与矮蓝麦矮秆基因Rht22紧密连锁的SSR标记及其应用 | 2020-05-15 | 219 |
| 一种同时检测32个单核苷酸多态性位点基因型的方法 | 2020-05-24 | 631 |
| 触摸式电子棋盘 | 2020-05-18 | 127 |
| 扩展数字电视色域的色差信号非线性量化方法 | 2020-05-25 | 256 |
| 利用电话通讯进行翻译服务的方法 | 2020-05-25 | 98 |
| 系列面点发酵蒸制配方及生产工艺 | 2020-05-18 | 43 |
| 一种脱脂处理的胎圈钢丝加工方法 | 2020-05-15 | 268 |
| 采用磷埋层及浓磷埋层技术的双极横向PNP管制作工艺 | 2020-05-22 | 92 |
| 中国未来人口数预测法 | 2020-05-20 | 55 |
| 一种纤维布用双组分防火防污涂料及其制备方法 | 2020-05-17 | 899 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
