卫星轨道推演计算相关知识点总结（含欧拉角、旋转矩阵、及各坐标系转化等）

最新推荐文章于 2025-11-14 16:02:16 发布

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#矩阵 #线性代数 #算法

本文介绍了卫星轨道计算的基础知识，包括卫星运动特性、不同空间坐标系定义及其转换方法，并提供了轨道根数计算卫星位置的过程及空间几何关系的C++代码实现。

来源：轨道机动算法的C++实现_shirro123的专栏-优快云博客

卫星轨道推演计算相关基础知识点总结

            一、卫星的运动特性
            二、卫星的空间坐标系
                （1）地心惯性坐标系(ECI×J2000历元坐标系)(ECSF 地心空间坐标系)
                （2）地心固定坐标系(ECF)(WGS84坐标系)
                （3）地心地固坐标系(ECEF)
                （4）地心椭球惯性坐标系(ECEI)（地心黄道惯性坐标系）
            三、根据轨道根数计算卫星位置
                （1）计算卫星在轨道坐标系下的位置
                （2）轨道坐标系与大地坐标系间的换算
                （3）轨道坐标系与大地坐标系间的换算
            四、空间几何关系相关知识点及C++代码
                （1）欧拉角、旋转向量和旋转矩阵的相互转换

    近期在补卫星仿真领域的相关基础知识，并总结一些卫星轨道计算的算法与工具类代码函数。
    参考内容见百度公开文库文档与PPT：
    https://max.book118.com/html/2019/0309/5304232023002020.shtm
    https://wenku.baidu.com/view/e231b968a32d7375a417806b.html？rec_flag=default&fr=Recommend_RelativeDoc-60272,60321,40155,40311,40251,60314,40300-kpdrec_doc_pc_view-bf93f0936bec0975f465e2dd&sxts=1629169656038

一、卫星的运动特性

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二、卫星的空间坐标系
（1）地心惯性坐标系(ECI×J2000历元坐标系)(ECSF 地心空间坐标系)

地心惯性坐标系是太阳系内的一个惯性坐标系，不随地球而转动，也不受地球、DAC6574IDGS太阳运行的章动和岁差的影响。其坐标原点位于地心Oe；OeX轴位于赤道平面内，指向特定某一年（历元时刻）的太阳春分点位置，每年春分点均会发生变动；OeZ轴指向某一年（历元时刻）地球北极的平均位置处，即地球平均自转极点（CIO）；OcY轴位于赤道平面内，与0eX轴垂直，且与OeX、OeZ构成满足右手定则的笛卡儿直角坐标系。
由于采用的历元时间不同，可以有各种不同的地心惯性坐标系，目前国际上通用的地心惯性坐标系是J2000历元坐标系，它是以公元2000年的春分点为基准的历元坐标系。
（2）地心固定坐标系(ECF)(WGS84坐标系)

如图所示，地心固定坐标系的坐标原点位于地心Oe，OeZ轴指向地球北极，OeX轴位于赤道平面内指向地理经度的零点，OeY轴根据右手定则确定。地心固定坐标系为笛卡尔直角坐标系，该坐标系在宇宙空间中相对地球静止，伴随地球自转和公转。
在这里插入图片描述
（3）地心地固坐标系(ECEF)

地心地固坐标系的坐标原点位于地心Oe，OeZ轴指向地球平均自转极点（CIO），OeX轴位于赤道平面内指向子午线与赤道交点，OeY轴根据右手定则确定。地心地固坐标系为