Celestia/参考系

参考系

参考系是用于定义天体轨迹和方向的坐标系的原点和坐标轴集。原点是目录文件中定义的其他天体。有很多方法可以设置坐标系轴。

用于定义天体轨迹和方向的参考系不需要相同。这在某些情况下很有用。例如，卫星的轨道可以用地心赤道坐标系给出，而姿态可以用当地垂直-当地水平坐标系给出。

所有参考系关键字都需要 Celestia 1.5。 它们会被早期版本忽略。

OrbitFrame 属性

设置轨迹的参考系

默认值：对于以恒星为父天体的星体，轨道的默认参考系以恒星为中心。基本面是 J2000 地球黄道，首选方向（x 轴）是 J2000 春分点。对于所有其他天体，默认参考系是父天体的赤道系。

用法

OrbitFrame <reference frame>

BodyFrame 属性

设置方向的参考系

默认值：对于以恒星为父天体的星体，方向的默认参考系是 J2000 黄道和春分点。对于所有其他天体，默认参考系是父天体的赤道系（这反过来可能默认为 J2000 黄道，依此类推）。

用法

BodyFrame <reference frame>

参考系对象

参考系是一个列表，包含一个属性，该属性是特定参考系类型之一。

用法

{
    <J2000 ecliptic frame> | 
    <J2000 equator frame> |
    <body mean equator frame> |
    <body-fixed frame> |
    <two-vector frame>
}

EclipticJ2000 属性

EclipticJ2000 是一个参考系，其基本面是 J2000 历元的地球黄道。x 轴指向 J2000 春分点，z 轴垂直于黄道指向北，y 轴完成右手系。

用法

EclipticJ2000
{
    Center <object name>
}

EquatorJ2000 属性

EquatorJ2000 是一个参考系，其基本面是 J2000 历元的地球赤道。x 轴指向 J2000 春分点，z 轴是平均北极，y 轴完成右手系。

用法

EquatorJ2000
{
    Center <object name>
}

MeanEquator 属性

MeanEquator 定义了一个参考系，其中天体的当天赤道是 xy 平面。z 轴垂直于 xy 平面，指向天体逆时针旋转的方向。x 轴是赤道平面在 J2000 黄道平面上的升交点。

用法

MeanEquator
{
    Center <object name>
    Object <object name>
    Freeze <date>
}

属性

Object: 基本面是该天体的赤道平面
Freeze: 如果设置，则使用冻结历元的赤道，而不是当天赤道

BodyFixed 属性

BodyFixed 参考系与指定天体一起旋转。

用法

BodyFixed
{
    Center <object name>
}

TwoVector 属性

用法

TwoVector
{
    Center <object name>
    Primary <axis>
    Secondary <axis>
}

轴对象

轴对象是一个列表，包含一个方向属性和一个轴标签。

用法

{
    Axis "x" | "y" | "z" | "-x" | "-y" | "-z"
    <RelativePosition> | <RelativeVelocity> | <ConstantVector>
}

RelativePosition 属性

用法

RelativePosition
{
    Observer <object name>
    Target <object name>
}

默认观察者对象是坐标系中心。目标对象没有默认值，必须始终指定。

RelativeVelocity 属性

用法

RelativeVelocity
{
    Observer <object name>
    Target <object name>
}

默认观察者对象是坐标系中心。目标对象没有默认值，必须始终指定。

ConstantVector 属性

用法

ConstantVector
{
    Vector <vector>
    Frame <reference frame>
}

示例

地球的北极旋转轴

ConstantVector
{
    Vector [ 0 0 1 ]
    Frame {
        EquatorJ2000 { Center "Sol/Earth" }
    }
}

参考系示例

日心地球赤道

OrbitFrame {
    EquatorJ2000 { Center "Sol" }
}

地心太阳黄道

该参考系基于 SPICE Frames Required Reading 文档中的一个示例。原点是地球，xy 平面是地球的轨道平面，x 轴指向从地球到太阳的方向。

OrbitFrame {
    TwoVector {
        Center "Sol/Earth"
        Primary {
            Axis "x"
            RelativePosition { Target "Sol" }
        }
        Secondary {
            Axis "y"
            RelativeVelocity { Target "Sol" }
        }
    }
}

太阳锁定

该参考系用于一个名为“Test”的绕太阳运行的天体，其 z 轴指向太阳，x 轴指向运动方向。在该参考系中具有固定方向的天体始终保持相同的一面朝向太阳。

BodyFrame {
    TwoVector {
        Center "Sol/Test"
        Primary {
            Axis "z"
            RelativePosition { Target "Sol" }
        }
        Secondary {
            Axis "x"
            RelativeVelocity { Target "Sol" }
        }
    }
}

JPL 太阳系动力学页面

JPL 太阳系动力学页面https://ssd.jpl.nasa.gov/?sat_elem 提供了使用各种参考系计算的行星卫星平均轨道参数。将这些参数输入到solarsys.ssc可能会很困难。

当给出平均黄道元素（对于“物体”的卫星）时

EllipticalOrbit {
...
}

OrbitFrame { EclipticJ2000 {
        Center "object"
} }

当元素以主星赤道为参考时

EllipticalOrbit {
...
}

OrbitFrame { BodyMeanEquator {
   Center "object"
   Object "object"
   [Freeze <date>]
} }

当元素以 ICRF 为参考时（非常接近地球赤道系）

EllipticalOrbit {
...
}

OrbitFrame { EquatorJ2000 {
    Center "object"
} }

当元素以局部拉普拉斯平面为参考时

这是最坏的情况。每个卫星的拉普拉斯平面由其极地赤经和赤纬（在赤道 J2000 系中）定义；这定义了局部拉普拉斯平面的升交点经度（90° 加上极地赤经）和倾角（余赤纬，即 90° 减去赤纬）。

EllipticalOrbit {
...
}

OrbitFrame { TwoVector {
    Center "object"
    Primary { Axis "x"
        ConstantVector { Vector [<Laplace plane ascending node>] Frame { EquatorJ2000 { Center "object" } } }
    }
    Secondary { Axis "z"
        ConstantVector { Vector [<Laplace plane pole>] Frame { EquatorJ2000 { Center "object" } } }
    }
} }

其他示例

将多个物体相同地放置在地球表面上

以下是如何定义相对于地球的位置和方向的示例。然后，可以在放置多个模型时参考此定义，而不是为每个模型复制相同的定义：只需在一个位置修改位置修正，而不是多个位置。

请注意，此示例中包含的一些声明可以省略，因为它们的默认值将适当地放置物体。

"Hale_position" "Sol/Earth"
{
 Class "invisible"
 Radius 0.0001

# Place the Hale Telescope on the peak of Mount Palomar

 OrbitFrame { BodyFixed { Center "Sol/Earth" }}
 FixedPosition  [ -2407.99 -4753.86 3507.91 ]

# Orient it appropriately with respect to the surface
 
 BodyFrame { BodyFixed { Center "Sol/Earth" }}
 FixedRotation { MeridianAngle -116.86 AscendingNode 90 }

}

"Hale_model" "Sol/Earth/Hale_position"
{
  Mesh "telescope.3ds"
  Radius 0.3

  OrbitFrame { BodyFixed { Center "Sol/Earth/Hale_position" }}
  FixedPosition  [ 0 0 0 ]

  BodyFrame { BodyFixed { Center "Sol/Earth/Hale_position" }}
  FixedRotation { }

  Albedo 0.1

}

"Dome_model" "Sol/Earth/Hale_position"
{
  Mesh "dome.3ds"
  Radius 0.3

  OrbitFrame { BodyFixed { Center "Sol/Earth/Hale_position" }}
  FixedPosition  [ 0 0 0 ]

  BodyFrame { BodyFixed { Center "Sol/Earth/Hale_position" }}
  FixedRotation { }

  Albedo 0.1

}

外部链接

http://www.gps.caltech.edu/~marsdata/req/frames.html - SPICE 必备阅读文档：参考系