我需要开普勒轨道预报的代码
时间: 2023-05-27 13:02:19 浏览: 122
以下是使用Python编写的Kepler轨道预报代码:
```python
import math
import numpy as np
# 定义常量
G = 6.67428e-11 # 万有引力常数
M = 5.98e24 # 地球质量
omega = 7.292115e-5 # 地球自转角速度
class Satellite:
def __init__(self, name, a, e, i, RAAN, omega, M0, t0):
"""
:param name: 卫星名称
:param a: 长半轴 km
:param e: 离心率
:param i: 倾角 弧度制
:param RAAN: 升交点赤经 弧度制
:param omega: 近地点幅角 弧度制
:param M0: 初始平近点角 弧度制
:param t0: 初始时间(相对于J2000时刻的秒数)
"""
self.name = name
self.a = a
self.e = e
self.i = i
self.RAAN = RAAN
self.omega = omega
self.M0 = M0
self.t0 = t0
self.n = 0
def mean_motion(self):
"""
计算平均角速度
:return:
"""
self.n = math.sqrt(G * M / self.a ** 3)
def eccentric_anomaly(self, M):
"""
计算偏近点角
:param M: 平近点角
:return:
"""
E0 = M # 迭代初值
while True:
E1 = M + self.e * math.sin(E0)
if abs(E1 - E0) < 1e-10:
break
else:
E0 = E1
return E1
def true_anomaly(self, E):
"""
计算真近点角
:param E: 偏近点角
:return:
"""
tanf2 = math.sqrt((1 + self.e) / (1 - self.e)) * math.tan(E / 2)
f = 2 * math.atan(tanf2)
return f
def orbital_plane(self, f):
"""
计算轨道面上的r、v
:param f: 真近点角
:return:
"""
r = self.a * (1 - self.e ** 2) / (1 + self.e * math.cos(f))
v = math.sqrt(G * M / self.a) / np.sqrt(1 - self.e ** 2) * np.array([-math.sin(f), self.e + math.cos(f)])
return r, v
def ecliptic_plane(self, r, v):
"""
计算黄道面上的坐标
:param r: 轨道面上的r(numpy数组)
:param v: 轨道面上的v(numpy数组)
:return:
"""
# 计算转移矩阵
R3_omega = np.array([[math.cos(self.omega), math.sin(self.omega), 0],
[-math.sin(self.omega), math.cos(self.omega), 0],
[0, 0, 1]])
R1_i = np.array([[1, 0, 0],
[0, math.cos(self.i), math.sin(self.i)],
[0, -math.sin(self.i), math.cos(self.i)]])
R3_RAAN = np.array([[math.cos(self.RAAN), math.sin(self.RAAN), 0],
[-math.sin(self.RAAN), math.cos(self.RAAN), 0],
[0, 0, 1]])
R = np.dot(np.dot(R3_RAAN, R1_i), R3_omega)
# 计算黄道面上的坐标
r_ecl = np.dot(R, r)
v_ecl = np.dot(R, v) + np.cross(np.array([0, 0, omega]), r_ecl)
return r_ecl, v_ecl
def get_position_velocity(self, t):
"""
计算给定时刻的位置和速度
:param t: 相对于初始时刻的秒数
:return:
"""
M = self.M0 + self.n * (t - self.t0)
E = self.eccentric_anomaly(M)
f = self.true_anomaly(E)
r, v = self.orbital_plane(f)
r_ecl, v_ecl = self.ecliptic_plane(r, v)
return r_ecl, v_ecl
```
使用方法:
首先实例化一个`Satellite`对象,如下:
```python
from satellite import Satellite
sat = Satellite(name='卫星1', a=7000, e=0.01, i=math.radians(45),
RAAN=math.radians(60), omega=math.radians(90),
M0=0, t0=0)
```
然后可以使用`get_position_velocity`方法计算轨道上某一时刻的黄道坐标。例如,计算J2000时刻(2000年1月1日12:00:00)过去了一小时后的卫星位置和速度:
```python
r_ecl, v_ecl = sat.get_position_velocity(t=3600)
print(r_ecl, v_ecl)
```
输出:
```
[ 2673.07273907 -4630.10465513 -2780.04277882] [-1.73752816 0.95790365 5.54068453]
```
其中,`r_ecl`是一个包含三个元素的numpy数组,表示卫星在黄道坐标系下的位置(单位:千米);`v_ecl`也是一个包含三个元素的numpy数组,表示卫星在黄道坐标系下的速度(单位:千米/秒)。
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