空间大地测量与GPS导航定位时间系统相互转换格里高利时通用时儒略日GPS时年积日相互转换.docx
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空间大地测量与GPS导航定位时间系统相互转换格里高利时通用时儒略日GPS时年积日相互转换.docx
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空间大地测量与GPS导航定位时间系统相互转换格里高利时通用时儒略日GPS时年积日相互转换
进行空间大地测量所需时间系统的相互转换
1.时间标示法
从古至今,世界各国曾出现过多种历法,如罗马历、儒略日、格里高利以及我国的农历等,目前世界上广泛采用的历法是格里高利历。
1.1.格里高利时(通用时)
格里高利历也称公历,现被世界各国广泛采用。
格里高利历是一个由146097天所组成的400年周期为基础,1年的平均长度为365.2425天。
根据格里高利历1年被划分为12个月。
其标示时间时采用年、月、日、时、分、秒的方法。
这种计时反映季节变化,与日常生活密切相关,但非连续,不利于数学表达和科学计算
1.2.儒略日
儒略日是一种不涉及年、月等概念的长期连续的记日法,在天文学、空间大地测量和卫星导航定位中经常使用。
这种方法是由Scaliger于1583年提出的,为纪念他的父亲儒略而命名为儒略日。
儒略日的起点订在公元前4713年(天文学上记为-4712年)1月1日格林威治时间平午(世界时12:
00),即JD0指定为4713B.C.1月1日12:
00UT到4713B.C.1月2日12:
00UT的24小时。
每一天赋予了一个唯一的数字。
由于儒略日数字位数太多,国际天文学联合会于1973年采用简化儒略日(MJD),其定义为MJD=JD-2400000.5。
MJD相应的起点是1858年11月17日世界时0时。
例如1979年10月1日零时儒略日数为2,444,147.5。
1.3.GPS时
GPS系统内部所采用的时间系统是GPS时间,GPS时以1980年1月6日子夜为起点,用周数(一个星期七天)和周内的秒数来表示
1.4.年积日
所谓年积日就是指的是从每年的1月1日起开始累计的天数,计数从1开始(即每年1月1日的年积日为1),如2004年5月1日的年积日为122。
用他可以方便的求出一年内两个时刻T1和T2间的时间间隔。
2.各个时间系统的相互转换
各个时间系统都有严格的转换公式,其转换的主要思想是把通用时、GPS时间、和年积日分别转换为儒略日,然后以儒略日为媒介,实现任意两个时间系统的相互转换,如下图所示:
转换思想
2.1通用时与儒略日间的相互转换
2.1.1由通用时转换到儒略日(CommonTimeToJulianDay(pct,pjd))
其中
如果M≤2,则y=Y-1,m=M+12
如果M>2,则y=Y,m=M
JD为儒略日,Y为年,M为月,D为日,UT为世界时。
2.1.2由儒略日转换到通用时(JulianDayToCommonTime(pjd,pct))
2.2通用时与GPS时间间的相互转换
2.2.1由通用时转换到GPS时间(CommonTimeToGPSTime(pct,pgt))
主要分两步进行:
第一步:
计算GPS周
第二步:
计算一周内的秒数
2.2.2由GPS时间转换到通用时(GPSTimeToCommonTime(pgt,pct))
第一步:
由GPS时间转换到儒略日
第二步:
由儒略日转换到通用时
2.3儒略日与年积日之间的相互转换
2.3.1由儒略日转换到年积日(JulianDayToDOY(pjd,pdoy))
主要分三步进行:
第一步:
计算出通用时
第二步:
计算出当年1月1日的儒略日
第三步:
两个儒略日求差加1,得出年积日
2.3.2年积日转换到儒略日(DOYToJulianDay(pdoy,pjd))
主要分一下两步进行:
第一步:
计算出当年1月1日的儒略日JD1
第二步:
年积日加JD1减1得儒略日
2.4GPS时与年积日间的相互转换
参照儒略日与年积日之间转换方法进行就可以得到结果。
GPS时转换到年积日(GPSTimeToDOY(pgt,pdoy))
年积日转换到GPS时(DOYToGPSTime(pdoy,pgt))
3.算例及结果
通过在VC++6.0环境下编写了各个坐标系统的相互转换,并得到了转换的结果,在试验中使用的已知数据是即使数据,取的时间是当时时间2011年1月7日19时38分45.26秒,用这个已知数据代入函数中,分别求得各个时间系统的GPS时、儒略时、年积日时,并通过各个时间系统的各自相互转换,最后输出的结果如下图所示
通过上图我们可以看出,得到的结果还是非常满意的,程序基本完成了各个时间系统的相互转换,从各个时间相互转换后得到的时间结果,并还原成转换前的数据,得到的结果都是完全符合,由此可见我们的计算结果是正确的,
4.心得体会
这次编程试验,虽说这次试验比较简单,但还是花了较长的时间,修修改改的,以前看到过类似程序,觉得自己应该没啥问题,应该很简单,自己能轻易拿下,可真做起来并不是这么一回事,总是出现一些小bug,不知道问题出在那里,明明感觉公式输入对的,语法也没啥问题,偏偏结果不对,与期望的值差别很大,最后经过调试总算解决了这些问题,比如有次明明记得公式输入是正确的,最后发现还是不小心输错了,结果导致错误。
经过这次编程,这次试验,使自己的编程水平有了较大的提高,以前很多的时候都是只看程序,感觉很简单,并不自己动手,其实其中很多问题,只有自己亲自经历才知道一些简单的东西也会出问题,卡住思维,最后经过努力解决了问题,心里还是蛮开心的,有一定的成就感。
经过这次试验,学到了很多东西,有比较深的感触,对VC++不像以前那么排斥了,不像以前总感觉有点儿惧怕它,现在总算不抵触他了,希望在以后的学习中能够喜欢上它。
5.附录(程序中的源代码)
#include
usingnamespacestd;
typedefstructtagCOMMONTIME
{
intyear;
intmonth;
intday;
inthour;
intminute;
doublesecond;
}COMMONTIME;//通用时
typedefCOMMONTIME*PCOMMONTIME;
typedefstructtagTOD
{
longsn;//秒数的整数部分
doubletos;//秒数的小数部分
}TOD;
typedefTOD*PTOD;
typedefstruct
{
longday;//整数天数
TODtod;//一天内的秒数
}JULIANDAY;//儒略日
typedefJULIANDAY*PJULIANDAY;
typedefstructtagMJULIANDAY
{
longday;
TODtod;
}MJULIANDAY;//新儒略日
typedefMJULIANDAY*PMJIANDAY;
typedefstructtagTOW
{
longsn;//秒整数部分
doubletos;//秒小数部分
}TOW;
typedefTOW*PTOW;
typedefstructtagGPSTIME
{
intwn;//周数
TOWtow;//一周内的秒数
}GPSTIME;//GPS时
typedefGPSTIME*PGPSTIME;
typedefstructtagDOY
{
unsignedshortyear;
unsignedshortday;
TODtod;
}DOY;//年积日
typedefDOY*PDOY;
doubleFRAC(doublemorigin)
{
returnmorigin-long(morigin);//取小数部分
}
voidCommonTimeToJulianDay(PCOMMONTIMEpct,PJULIANDAYpjd)//通用时到儒略日的转换
{
if(pct->year<1900)
{
if(pct->year<80)
pct->year+=2000;
elsepct->year+=1900;
}
doubleut=pct->hour+pct->minute/60.0+pct->second/3600.0;
if(pct->month<=2)
{
pct->year-=1;
pct->month+=12;
}
pjd->day=int(365.25*pct->year)+int(30.6001*(pct->month+1))+pct->day+int(ut/24+1720981.5);
pjd->tod.sn=((pct->hour+12)%24)*3600+pct->minute*60+(int)pct->second;//秒的整数部分
pjd->tod.tos=pct->second-(int)pct->second;//秒的小数部分
}
voidJulianDayToCommonTime(PJULIANDAYpjd,PCOMMONTIMEpct)//儒略日到通用时的转换
{
doublex=pjd->day+(pjd->tod.sn+pjd->tod.tos)/(60.0*60.0*24);
inta=int(x+0.5);
intb=a+1537;
intc=int((b-122.1)/365.25);
intd=int(365.25*c);
inte=int((b-d)/30.6001);
pct->day=b-d-int(30.6001*e);
pct->month=e-1-12*int(e/14);
pct->year=c-4715-int((7+pct->month)/10);
pct->hour=(pjd->tod.sn/3600+12)%24;
pct->minute=(pjd->tod.sn%3600)/60;
pct->second=pjd->tod.sn%60+pjd->tod.tos;
intN=a%7;
}
voidJulianDayToGPSTime(PJULIANDAYpjd,PGPSTIMEpgt)//儒略日到GPS时的转换
{
doublex=pjd->day+(pjd->tod.sn+pjd->tod.tos)/(60.0*60.0*24);
pgt->wn=int((x-2444244.5)/7);
pgt->tow.sn=int(((pjd->day-2444244)%7+(pjd->tod.sn/(60.0*60.0*24)-0.5))*86400);
pgt->tow.tos=pjd->tod.tos;
}
voidGPSTimeToJulianDay(PGPSTIMEpgt,PJULIANDAYpjd)//GPS时到儒略日的转换
{
pjd->day=int(pgt->wn*7+double(pgt->tow.sn)/86400.0+2444244.5);
pjd->tod.sn=(pgt->tow.sn+43200)%86400;
pjd->tod.tos=pgt->tow.tos;
}
voidCommonTimeToGPSTime(PCOMMONTIMEpct,PGPSTIMEpgt)//通用时到GPS时的转换
{
PJULIANDAYpjd=newJULIANDAY;
CommonTimeToJulianDay(pct,pjd);
JulianDayToGPSTime(pjd,pgt);
}
voidGPSTimeToCommonTime(PGPSTIMEpgt,PCOMMONTIMEpct)//GPS时到通用时的转换
{
PJULIANDAYpjd=newJULIANDAY;
GPSTimeToJulianDay(pgt,pjd);
JulianDayToCommonTime(pjd,pct);
}
voidCommonTimeToDOY(PCOMMONTIMEpct,PDOYpdoy)
{
PCOMMONTIMEpcto=newCOMMONTIME;
pcto->year=pct->year;
pcto->month=1;
pcto->day=1;
pcto->hour=0;
pcto->minute=0;
pcto->second=0;
PJULIANDAYpjdo=newJULIANDAY;
doubleJD,JDO;
CommonTimeToJulianDay(pcto,pjdo);
JDO=pjdo->day+(pjdo->tod.sn+pjdo->tod.tos)/86400;
PJULIANDAYpjd=newJULIANDAY;
CommonTimeToJulianDay(pct,pjd);
JD=pjd->day+(pjd->tod.sn+pjd->tod.tos)/86400;
pdoy->day=short(JD-JDO+1);
pdoy->year=pct->year;
pdoy->tod.sn=long(pct->hour*3600
+pct->minute*60+pct->second);
pdoy->tod.tos=pct->second-int(pct->second);/*pct->hour*3600
+pct->minute*60+pct->second-pdoy->tod.sn;*/
}
voidDOYToCommonTime(PDOYpdoy,PCOMMONTIMEpct)
{
PCOMMONTIMEpcto=newCOMMONTIME;
pcto->year=pdoy->year;
pcto->month=1;
pcto->day=1;
pcto->hour=0;
pcto->minute=0;
pcto->second=0;
PJULIANDAYpjdo=newJULIANDAY;
doubleJD,JDO;
CommonTimeToJulianDay(pcto,pjdo);
JDO=pjdo->day+(pjdo->tod.sn+pjdo->tod.tos)/86400;
JD=JDO+pdoy->day+(pdoy->tod.sn+pdoy->tod.tos)/86400-1;
longa,b,c,d,e;
a=(long)(JD+0.5);
b=a+1537;
c=(long)((b-122.1)/365.25);
d=(long)(365.25*c);
e=(long)((b-d)/30.6001);
pct->day=short(b-d-(long)(30.6001*e)+FRAC(JD+0.5));
pct->month=short(e-1-12*(long)(e/14));
pct->year=short(c-4715-(long)((7+pct->month)/10));
pct->hour=short((pdoy->tod.sn+pdoy->tod.tos)/3600);
pct->minute=short((pdoy->tod.sn+pdoy->tod.tos
-pct->hour*3600)/60);
pct->second=pdoy->tod.sn+pdoy->tod.tos
-pct->hour*3600-pct->minute*60;
}
voidGPSTimeToDOY(PGPSTIMEpgt,PDOYpdoy)
{
PJULIANDAYpjd=newJULIANDAY;
GPSTimeToJulianDay(pgt,pjd);
PCOMMONTIMEpct=newCOMMONTIME;
JulianDayToCommonTime(pjd,pct);
CommonTimeToDOY(pct,pdoy);
}
voidDOYToGPSTime(PDOYpdoy,PGPSTIMEpgt)
{
PCOMMONTIMEpct=newCOMMONTIME;
DOYToCommonTime(pdoy,pct);
CommonTimeToGPSTime(pct,pgt);
}
voidJulianDayToDOY(PJULIANDAYpjd,PDOYpdoy)
{
PCOMMONTIMEpct=newCOMMONTIME;
JulianDayToCommonTime(pjd,pct);
CommonTimeToDOY(pct,pdoy);
}
voidDOYToJulianDay(PDOYpdoy,PJULIANDAYpjd)
{
PCOMMONTIMEpct=newCOMMONTIME;
DOYToCommonTime(pdoy,pct);
CommonTimeToJulianDay(pct,pjd);
}
voidmain()
{
PCOMMONTIMEpct=newCOMMONTIME;
PJULIANDAYpjd=newJULIANDAY;
PDOYpdoy=newDOY;
PGPSTIMEpgt=newGPSTIME;
pct->year=2011;
pct->month=1;
pct->day=6;
pct->hour=19;
pct->minute=38;
pct->second=45.26;
cout<<"转换之前的通用时(当地时间):
";
cout<
"<
"< cout< CommonTimeToJulianDay(pct,pjd);//通用时->儒略日的转换 cout<<"通用时->儒略日的转换: "; cout< cout< JulianDayToCommonTime(pjd,pct);//儒略日->通用时的转换 cout<<"儒略日->通用时的转换: "; cout< "< "< cout< JulianDayToGPSTime(pjd,pgt);//儒略日->GPS时的转换 cout<<"儒略日->GPS时的转换: "; cout< cout< GPSTimeToJulianDay(pgt,pjd);//GPS时->儒略日的转换 cout<<"GPS时->儒略日的转换: "; cout< cout< CommonTimeToGPSTime(pct,pgt);//通用时->GPS时的转换 cout<<"通用时->GPS时的转换: "; cout< cout< GPSTimeToCommonTime(pgt,pct);//GPS时->通用时的转换 cout<<"GPS时->通用时的转换: "; cout< "< "< cout< CommonTimeToDOY(pct,pdoy);//通用时->年积日 cout<<"通用时->年积日: "; cout< cout< DOYToCommonTime(pdoy,pct);//年积日->通用时 cout<<"年积日->通用时: "; cout< "< "< cout< GPSTimeToDOY(pgt,pdoy);//GPS时->年积日 cout<<"GPS时->年积日: "; cout< cout< DOYToGPSTime(pdoy,pgt);//年积日->GPS时 cout<<"年积日->GPS时: "; cout< cout< JulianDayToDOY(pjd,pdoy);//儒略日->年积日 cout<<"儒略日->年积日: "; cout< cout< DOYToJulianDay(pdoy,pjd);//年积日->儒略日 cout<<"年积日->儒略日: "; cout< cout< cout<<"经过各种转换后还原得到的通用时: "; cout< "< "< cout< }
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