提供基于C++的卫星/微惯性组合导航系统示例代码

时间: 2023-05-30 12:04:48 浏览: 240
以下是一个基于C的卫星/微惯性组合导航系统示例代码: #include <stdio.h> #include <math.h> #define PI 3.14159265358979323846 typedef struct { double x; // 位置 double y; double z; } Vector; typedef struct { double w; // 旋转角 Vector v; // 旋转轴 } Quaternion; typedef struct { double lat; // 纬度 double lon; // 经度 double alt; // 高度 Vector vel; // 速度 Quaternion q; // 姿态四元数 } State; typedef struct { double a; // 卫星的半长轴 double e; // 卫星的离心率 double i; // 卫星的轨道倾角 double omega; // 卫星的升交点赤经 double w; // 卫星的近地点角距 double M0; // 卫星的平近点角 double n; // 卫星的平均角速度 double t0; // 卫星的时刻 } KeplerOrbit; double norm(Vector v) { return sqrt(v.x * v.x + v.y * v.y + v.z * v.z); } Vector add(Vector a, Vector b) { Vector c; c.x = a.x + b.x; c.y = a.y + b.y; c.z = a.z + b.z; return c; } Vector sub(Vector a, Vector b) { Vector c; c.x = a.x - b.x; c.y = a.y - b.y; c.z = a.z - b.z; return c; } Vector mul(Vector v, double s) { Vector c; c.x = v.x * s; c.y = v.y * s; c.z = v.z * s; return c; } Quaternion mul(Quaternion q1, Quaternion q2) { Quaternion q; q.w = q1.w * q2.w - q1.v.x * q2.v.x - q1.v.y * q2.v.y - q1.v.z * q2.v.z; q.v.x = q1.w * q2.v.x + q1.v.x * q2.w + q1.v.y * q2.v.z - q1.v.z * q2.v.y; q.v.y = q1.w * q2.v.y - q1.v.x * q2.v.z + q1.v.y * q2.w + q1.v.z * q2.v.x; q.v.z = q1.w * q2.v.z + q1.v.x * q2.v.y - q1.v.y * q2.v.x + q1.v.z * q2.w; return q; } Vector rotate(Vector v, Quaternion q) { Quaternion p; p.w = 0; p.v = v; Quaternion q_inv; q_inv.w = q.w; q_inv.v = mul(q.v, -1); Quaternion r = mul(mul(q, p), q_inv); return r.v; } State propagate(State s, double dt) { // 计算卫星的轨道位置 double n = s.q.w; Vector qv = s.q.v; KeplerOrbit orbit = {6378137+500000, 0.001, 0, 0, 0, 0, 2*PI/(24*60*60), 0}; double M = orbit.M0 + orbit.n * (s.t - orbit.t0); double E = M; double E_old; do { E_old = E; E = M + orbit.e * sin(E); } while (fabs(E - E_old) > 1e-6); double v = 2 * atan(sqrt((1 + orbit.e) / (1 - orbit.e)) * tan(E / 2)); double r = orbit.a * (1 - orbit.e * cos(E)); Vector p; p.x = r * cos(v); p.y = r * sin(v); p.z = 0; Vector v_p; v_p.x = -orbit.n * orbit.a * sin(E) / sqrt(1 - orbit.e * orbit.e); v_p.y = orbit.n * orbit.a * sqrt(1 - orbit.e * orbit.e) / (1 - orbit.e * cos(E)); v_p.z = 0; v_p = rotate(v_p, s.q); // 计算加速度 Vector a; a.x = -6.67428e-11 * 5.97e24 / (r * r); a.y = 0; a.z = 0; // 计算速度 Vector v_new = add(s.vel, mul(a, dt)); // 计算位置 Vector p_new = add(p, mul(v_new, dt)); // 计算姿态 Quaternion q_new; Vector w; w.x = 0; w.y = 0; w.z = orbit.n; q_new.w = cos(norm(w) * dt / 2); q_new.v = mul(w, sin(norm(w) * dt / 2) / norm(w)); q_new = mul(q_new, s.q); // 更新状态 State s_new; s_new.lat = asin(p_new.z / norm(p_new)); s_new.lon = atan2(p_new.y, p_new.x); s_new.alt = norm(p_new) - 6378137; s_new.vel = v_new; s_new.q = q_new; s_new.t = s.t + dt; return s_new; } int main() { State s = {0, 0, 0, {0, 0, 0}, {1, {0, 0, 0}}}; double dt = 1; for (int i = 0; i < 60; i++) { s = propagate(s, dt); printf("%f,%f,%f\n", s.lat, s.lon, s.alt); } return 0; }
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