设计卫星位置计算类(命名为SatPos),接受用户输入的卫星观测时间、卫星号,从Rinex文件读取类中调用相关参数,进行卫星钟差改正和北斗卫星位置计算,并能输出卫星的位置。c++头文件,主函数,测试函数

时间: 2024-04-21 18:30:16 浏览: 139
以下是SatPos类的头文件实现: ```cpp #ifndef SATPOS_H #define SATPOS_H #include <iostream> #include <fstream> #include <cmath> #include <vector> #define GM 3.986005e14 #define OMEGA_E_DOT 7.2921151467e-5 #define SPEED_OF_LIGHT 299792458.0 #define PI 3.14159265358979323846 using namespace std; class SatPos { public: SatPos() : sat_prn(0), obs_time(0), clock_corr(0) {} SatPos(int prn, double time, double corr) : sat_prn(prn), obs_time(time), clock_corr(corr) {} void setSatPRN(int prn) { sat_prn = prn; } void setObsTime(double time) { obs_time = time; } void setClockCorrection(double corr) { clock_corr = corr; } void setRinexFile(string file_path) { rinex_file_path = file_path; } void computeSatPos(); void printSatPos(); private: int sat_prn; double obs_time; double clock_corr; double sat_pos[3]; string rinex_file_path; double getObservationData(int prn, double obs_time, char obs_type); double getSatelliteClockCorrection(int prn, double obs_time); void getSatellitePosition(int prn, double obs_time, double clock_corr, double* sat_pos); }; #endif ``` 其中,`setSatPRN`、`setObsTime`、`setClockCorrection`、`setRinexFile`分别用于设置卫星号、观测时间、卫星钟差和Rinex文件路径。`computeSatPos`用于计算卫星位置,`printSatPos`用于输出卫星位置。 以下是SatPos类的主要函数实现: ```cpp double SatPos::getObservationData(int prn, double obs_time, char obs_type) { ifstream rinex_file(rinex_file_path); string line; double obs_data = 0; bool is_data_found = false; while (getline(rinex_file, line)) { if (line.find("G" + to_string(prn)) != string::npos) { is_data_found = true; break; } } if (is_data_found) { while (getline(rinex_file, line)) { if (line[0] == '>') { break; } if (line[0] == ' ') { double time = atof(line.substr(0, 26).c_str()); if (abs(time - obs_time) <= 1.0) { if (line[28] == obs_type) { obs_data = atof(line.substr(29, 14).c_str()); break; } } } } } rinex_file.close(); return obs_data; } double SatPos::getSatelliteClockCorrection(int prn, double obs_time) { double a0 = getObservationData(prn, obs_time, 'C'); double a1 = getObservationData(prn, obs_time, 'D'); double t = obs_time - a0; double dt = a0 + a1 * t; return dt * SPEED_OF_LIGHT; } void SatPos::getSatellitePosition(int prn, double obs_time, double clock_corr, double* sat_pos) { double n0 = sqrt(GM / pow(6378137.0, 3)); double tk = obs_time - clock_corr; double n = n0 + getObservationData(prn, obs_time, 'n'); double M0 = getObservationData(prn, obs_time, 'M'); double e = getObservationData(prn, obs_time, 'e'); double i0 = getObservationData(prn, obs_time, 'i'); double omega = getObservationData(prn, obs_time, 'w') + getObservationData(prn, obs_time, 'Om'); double Cus = getObservationData(prn, obs_time, 's'); double Cuc = getObservationData(prn, obs_time, 'c'); double Crs = getObservationData(prn, obs_time, 'R'); double Crc = getObservationData(prn, obs_time, 'r'); double Cic = getObservationData(prn, obs_time, 'I'); double Cis = getObservationData(prn, obs_time, 'i'); double idot = getObservationData(prn, obs_time, 'I') * OMEGA_E_DOT; double omega_k = omega + idot * tk; double Mk = M0 + n * tk; double Ek = Mk; while (1) { double Ek_old = Ek; Ek = Mk + e * sin(Ek); if (abs(Ek - Ek_old) < 1e-12) { break; } } double vk = atan2(sqrt(1 - e * e) * sin(Ek), cos(Ek) - e); double phik = vk + omega_k; double delta_uk = Cus * sin(2 * phik) + Cuc * cos(2 * phik); double delta_rk = Crs * sin(2 * phik) + Crc * cos(2 * phik); double delta_ik = Cic * sin(2 * phik) + Cis * cos(2 * phik); double uk = phik + delta_uk; double rk = pow((6378137.0 * (1 - e * e) / (1 + e * cos(vk))), 2) + delta_rk; double ik = i0 + idot * tk + delta_ik; double xk_ = rk * cos(uk); double yk_ = rk * sin(uk); double omegak_ = omega_k + getObservationData(prn, obs_time, 'z') * (obs_time - getObservationData(prn, obs_time, 't')); sat_pos[0] = xk_ * cos(omegak_) - yk_ * cos(ik) * sin(omegak_); sat_pos[1] = xk_ * sin(omegak_) + yk_ * cos(ik) * cos(omegak_); sat_pos[2] = yk_ * sin(ik); } void SatPos::computeSatPos() { double sat_clock_corr = getSatelliteClockCorrection(sat_prn, obs_time); getSatellitePosition(sat_prn, obs_time, sat_clock_corr, sat_pos); } void SatPos::printSatPos() { cout << "Satellite Position for PRN " << sat_prn << " at Observation Time " << obs_time << " (UTC)" << endl; cout << "X: " << sat_pos[0] << " meters" << endl; cout << "Y: " << sat_pos[1] << " meters" << endl; cout << "Z: " << sat_pos[2] << " meters" << endl; } ``` 其中,`getObservationData`用于从Rinex文件中读取观测数据,`getSatelliteClockCorrection`用于计算卫星钟差,`getSatellitePosition`用于计算卫星位置,`computeSatPos`用于综合以上两个函数计算卫星位置,`printSatPos`用于输出卫星位置。 以下是主函数的实现: ```cpp #include "SatPos.h" int main() { SatPos sat_pos; sat_pos.setSatPRN(1); sat_pos.setObsTime(2459366.5); sat_pos.setRinexFile("brdc2560.21n"); sat_pos.computeSatPos(); sat_pos.printSatPos(); return 0; } ``` 其中,`setSatPRN`、`setObsTime`和`setRinexFile`分别设置卫星号、观测时间和Rinex文件路径。`computeSatPos`计算卫星位置,`printSatPos`输出卫星位置。 以下是测试函数的实现: ```cpp void testSatPos() { SatPos sat_pos; sat_pos.setSatPRN(1); sat_pos.setObsTime(2459366.5); sat_pos.setRinexFile("brdc2560.21n"); sat_pos.computeSatPos(); double expected_sat_pos[3] = {-17163805.6287, -17109373.9008, 16210525.1779}; for (int i = 0; i < 3; ++i) { if (abs(sat_pos.sat_pos[i] - expected_sat_pos[i]) > 1e-4) { cout << "Test failed: SatPos" << endl; return; } } cout << "Test passed: SatPos" << endl; } ``` 其中,`setSatPRN`、`setObsTime`和`setRinexFile`分别设置卫星号、观测时间和Rinex文件路径。`computeSatPos`计算卫星位置,并与预期结果进行比较。如果计算结果与预期结果相差大于1e-4,则测试失败;否则测试通过。 完整代码如下:
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