经纬度、时分秒转换

本文介绍了一个用于处理经纬度和时间转换的类optaDataConvert,包括如何将十进制经纬度转换为度分秒格式,并提供了将毫秒时间戳转换为日期时间的方法。此外,还展示了如何使用此类进行实际的数据转换。

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一:新建一个包含经纬度、时间转换的类optaDataConvert

public class optaDataConvert

    {


        /// <summary>  
        /// 时间转换  
        /// </summary>  
        /// <param name="value"></param>  
        /// <returns></returns>  
        public static DateTime GetDataTime(long value)
        {
            return new DateTime(1970, 1, 1).AddMilliseconds(value).AddHours(8);
        }
        /// <summary>  
        /// 获取经度  
        /// </summary>  
        /// <returns></returns>  
        public static string GetLongitudeValue(decimal value)
        {
            ArrayList arrList = LgetValid(value);
            if (arrList == null)
                return string.Empty;
            if (arrList.Count != 3)
                return string.Empty;
            return string.Format("{0}°{1}.{2}' {3}", arrList[0], arrList[1], arrList[2], value > 0 ? "E" : "W");
        }
        /// <summary>  
        /// 获取纬度  
        /// </summary>  
        /// <returns></returns>  
        public static string GetLatitudeValue(decimal value)
        {
            ArrayList arrList = LgetValid(value);
            if (arrList == null)
                return string.Empty;
            if (arrList.Count != 3)
                return string.Empty;
            return string.Format("{0}°{1}.{2}' {3}", arrList[0], arrList[1], arrList[2], value > 0 ? "N" : "S");
        }
        /// <summary>  
        /// 获取经纬度度分秒  
        /// </summary>  
        /// <param name="value"></param>  
        /// <returns></returns>  
        public  static ArrayList LgetValid(decimal value)
        {
            ArrayList aList = new ArrayList();
            string excute = ChangeValue(value);
            string[] sArray = excute.Split('|');
            aList.Insert(0, sArray[0]);
            aList.Insert(1, sArray[1]);
            aList.Insert(2, sArray[2]);
            return aList;
        }
        /// <summary>  
        /// 经纬度转换  
        /// </summary>  
        /// <param name="str">经度</param>  
        /// <param name="num">保留8位值</param>  
        /// <returns></returns>  
        protected static string ChangeValue(decimal degree)
        {
            if (degree < 0)
            {
                degree = -degree;
            }
            decimal minute = (degree - (int)degree) * 60;
            decimal second = (minute - (int)minute) * 60;
            return ((int)degree).ToString() + "|" + ((int)minute).ToString() + "|" + ((int)second).ToString();
        }
        public static decimal TimeToValue(string Degrees, string Minutes, string Seconds)
        {
            decimal Value = decimal.Parse(Minutes) + decimal.Parse(Minutes) / 60 + decimal.Parse(Seconds) / 3600;
            return Value;
        }
    }

}

二:调用该函数

1.把时分秒转换成经纬度存储

 m_cardpoint.X = optaDataConvert.TimeToValue(X_Du.Text, X_Fen.Text, X_Miao.Text);
 m_cardpoint.Y = optaDataConvert.TimeToValue(Y_Du.Text, Y_Fen.Text, Y_Miao.Text);

(其中m_cardpoint.X 、m_cardpoint.Y 为存储经纬度的值)

2.把经纬度转换成时分秒展示在前台

 ArrayList arrlistLatitude = optaDataConvert.LgetValid(m_cardpoint.Y);
            Y_Du.Text = arrlistLatitude[0].ToString();
            Y_Fen.Text = arrlistLatitude[1].ToString();
            Y_Miao.Text = arrlistLatitude[2].ToString();

<think>我们使用libsgp4库进行卫星坐标转换。需要注意的是,libsgp4库主要用于处理TLE数据并计算卫星位置(通常输出为地心惯性坐标系ECI坐标)。但用户需求是将经纬度和高程(大地坐标)转换为地心直角坐标系(ECEF)。这实际上是大地坐标到ECEF坐标的转换,并不直接需要卫星轨道参数(TLE)。不过,如果用户提供的经纬度和高程是卫星的位置(例如从其他来源获得),则可以直接转换。 然而,libsgp4库本身并不直接提供将大地坐标(经纬度+高程)转换为ECEF坐标的功能。该库主要用于卫星轨道计算。因此,我们需要使用其他方法进行转换。 大地坐标系(经纬高)到ECEF坐标的转换公式是标准的,我们可以自己实现。转换公式如下: 设某点的大地坐标为:经度λ(单位:弧度),纬度φ(单位:弧度),高度h(单位:米)。 则其ECEF坐标(X, Y, Z)为: 首先计算辅助量: N = a / sqrt(1 - e^2 * sin^2(φ)) (卯酉圈曲率半径) 其中: a 为地球椭球长半轴(赤道半径) e^2 为地球椭球第一偏心率平方 然后: X = (N + h) * cos(φ) * cos(λ) Y = (N + h) * cos(φ) * sin(λ) Z = (N * (1 - e^2) + h) * sin(φ) 常用的地球椭球参数(如WGS84): a = 6378137.0 米 f = 1/298.257223563 (扁率) e^2 = 2*f - f*f (或直接使用 e^2 = 0.00669437999014) 因此,我们不需要使用libsgp4库来完成这个转换,而是可以自己写一个函数。 但是,如果用户确实需要使用libsgp4库(可能是因为在卫星轨道计算中已经使用了该库,并且库中可能提供了相关转换),我们可以查看libsgp4库的文档。实际上,libsgp4库中的CoordTopocentric和CoordGeodetic类以及SGP4中的一些函数可能涉及坐标转换。然而,经过查看,libsgp4库并没有直接提供将大地坐标转换为ECEF坐标的函数。 不过,在libsgp4库中,有一个名为`Eci`的类用于表示地心惯性坐标系位置,而库中提供了从`CoordGeodetic`(大地坐标)到`Eci`的转换,但注意这个转换得到的是ECI坐标(与惯性系相关),而不是ECEF坐标(地球固连坐标系)。ECI和ECEF之间的转换需要地球自转的考虑(即需要知道UTC时间,因为地球在自转)。 因此,如果用户有卫星的经纬度和高程以及对应的时间,那么可以通过以下步骤得到ECEF坐标: 1. 将给定的大地坐标(经纬高)和时间转换为ECI坐标(利用libsgp4的转换函数)。 2. 再将ECI坐标转换为ECEF坐标(考虑地球自转)。 但是,这个转换过程比较复杂,而且通常我们不需要通过ECI来中转。实际上,直接使用上述公式将大地坐标转换为ECEF坐标更为直接和简单。 所以,我们建议用户自己实现这个转换函数,而不依赖libsgp4库。 然而,如果用户坚持要使用libsgp4库进行转换(或许是为了与库中其他计算保持一致),我们可以利用库中提供的`CoordGeodetic`类和`Eci`类,结合时间进行转换。但请注意,这种方法需要知道具体的时间(因为ECI是随时间变化的,而ECEF是固定在地球上的)。 步骤: 1. 创建一个`CoordGeodetic`对象,用经度(度)、纬度(度)、高度(米)初始化。 2. 指定一个UTC时间(年月日时分秒)。 3. 使用`Observer`类的`GetEci`方法(或者库中是否有其他直接转换函数?)将大地坐标转换为ECI坐标。但是,查看libsgp4的文档,我们发现`Observer`类是用来从地面站位置观测卫星的,并不适合直接将大地坐标转ECI。 实际上,在libsgp4中,有一个非成员函数可以用于将`CoordGeodetic`转换为ECI(在`Eci`类中有一个构造函数)?但是,我们查看库的源代码(版本2.0)发现,`Eci`类有一个构造函数接受`CoordGeodetic`和`DateTime`参数,这个构造函数实现了从大地坐标到ECI坐标的转换(考虑了地球自转吗?)。实际上,这个转换是直接使用公式将大地坐标转换为ECEF坐标,然后再通过旋转(考虑格林尼治恒星时)将ECEF转换为ECI。所以,在`Eci`的构造函数中,第一步就是将大地坐标转换为ECEF坐标,然后乘以旋转矩阵得到ECI。 因此,我们可以利用这个转换过程,然后“反向”得到ECEF坐标?但注意,在`Eci`的构造函数中,ECEF坐标是中间量,但并没有直接暴露出来。 另一种思路:libsgp4库中有一个`Vector`类,在`Eci`类中有一个方法`ToEcf()`,该方法可以将ECI坐标转换为ECEF坐标(即ECF坐标,在libsgp4中ECF和ECEF是同义词)。所以,如果我们通过`Eci`的构造函数将`CoordGeodetic`转换为ECI,然后再调用`ToEcf()`,就可以得到ECEF坐标。但是,这样转换两次(大地->ECI->ECEF)实际上绕了弯路,而且两次转换中,大地->ECI的内部实现也是先转成ECEF再转ECI,所以这样转换得到的ECEF坐标与直接转换理论上应该一致。 但是,这种方法需要指定时间(因为ECI依赖于时间)。而且,我们注意到,从大地坐标到ECEF的转换本身并不依赖时间,所以用任意时间转换得到的ECEF坐标应该是一样的(因为ECEF是固定在地球上的坐标系)。因此,我们可以任意指定一个时间(例如当前时间)来进行转换。 总结两种方法: 方法1:自己实现公式(推荐,简单直接)。 方法2:使用libsgp4库(需要指定一个时间,然后通过大地坐标->ECI->ECEF转换)。 下面分别给出两种方法的示例代码: 方法1:自己实现转换函数 ```cpp #include <cmath> // WGS84椭球参数 const double a = 6378137.0; // 赤道半径 (米) const double f = 1.0 / 298.257223563; // 扁率 const double e2 = 2*f - f*f; // 第一偏心率的平方 // 大地坐标(经纬高)转ECEF // 经度longitude (度), 纬度latitude (度), 高度height (米) void geodeticToEcef(double longitude, double latitude, double height, double& x, double& y, double& z) { // 将经纬度转换为弧度 double lon_rad = longitude * M_PI / 180.0; double lat_rad = latitude * M_PI / 180.0; double sin_lat = sin(lat_rad); double cos_lat = cos(lat_rad); double sin_lon = sin(lon_rad); double cos_lon = cos(lon_rad); // 计算卯酉圈曲率半径 double N = a / sqrt(1 - e2 * sin_lat * sin_lat); x = (N + height) * cos_lat * cos_lon; y = (N + height) * cos_lat * sin_lon; z = (N * (1 - e2) + height) * sin_lat; } ``` 方法2:使用libsgp4库(假设已经安装了libsgp4) ```cpp #include <sgp4/CoordGeodetic.h> #include <sgp4/DateTime.h> #include <sgp4/Eci.h> #include <sgp4/Vector.h> // 使用libsgp4将大地坐标转换为ECEF // 注意:需要指定一个时间(这里使用当前时间) void geodeticToEcefUsingLibsgp4(double longitude, double latitude, double height, double& x, double& y, double& z) { // 创建大地坐标对象,注意:CoordGeodetic的构造函数参数顺序为:纬度(度), 经度(度), 高度(米) // 注意:经度范围[-180,180],纬度[-90,90] sgp4::CoordGeodetic geo(latitude, longitude, height); // 指定一个时间(这里取当前系统时间,也可以指定任意时间) sgp4::DateTime time = sgp4::DateTime::Now(); // 通过大地坐标和时间创建ECI对象(这里实际上会先计算ECEF,然后根据时间转换成ECI) sgp4::Eci eci(geo, time); // 将ECI转换为ECEF(在libsgp4中,ECEF也称为ECF) sgp4::Vector ecf = eci.ToEcf(); // 获取坐标 x = ecf.x; y = ecf.y; z = ecf.z; } ``` 注意:方法2中,我们使用`eci.ToEcf()`得到ECEF坐标。根据库的源代码,这个转换是准确的。但是,由于我们传入的时间是任意的,所以转换过程中使用的地球自转参数(格林尼治恒星时)也是根据这个时间计算的。然而,由于大地坐标到ECEF的转换本身与时间无关,所以无论传入什么时间,得到的ECEF坐标应该是相同的(因为ECI->ECEF的转换会消除地球自转的影响,而大地坐标->ECI的第一步就是转成ECEF,所以实际上ECI->ECEF的转换就是乘以一个旋转矩阵的逆矩阵,这个旋转矩阵与时间有关,但整个转换过程是自洽的)。 但是,我们注意到在`Eci`的构造函数中,传入`CoordGeodetic`和`DateTime`时,内部实现如下(参考libsgp4源码): 1. 先将`CoordGeodetic`转换为ECEF(使用公式,与方法1相同)。 2. 然后将ECEF坐标旋转(通过格林尼治恒星时旋转)得到ECI坐标。 因此,在`Eci`对象中存储的位置实际上是ECI坐标。当我们调用`ToEcf()`时,它使用相同的恒星时(根据构造时传入的时间计算)将ECI坐标旋转回ECEF。因此,最终得到的ECEF坐标应该与第一步中转换的ECEF坐标相同(忽略浮点误差)。所以,方法2得到的坐标应该与方法1一致。 然而,方法2需要依赖libsgp4库,并且需要指定一个时间(尽管结果与时间无关)。如果用户已经在使用libsgp4库,并且希望保持一致性,可以使用方法2。否则,方法1更简单,且不依赖外部库。 因此,用户可以根据自己的需求选择合适的方法。 注意:在方法2中,我们使用了`sgp4::DateTime::Now()`,如果用户希望使用特定的时间,也可以自己构造时间。 另外,libsgp4库中的`CoordGeodetic`的构造函数参数顺序是:纬度、经度、高度(单位为度、米)。注意经度在库中的处理范围是[-180,180],纬度[-90,90]。 最后,我们提供两种方法的示例代码,用户可以根据情况选择。 由于用户的问题明确要求使用libsgp4库,所以我们重点使用方法2。但需要注意的是,如果用户只是单纯想进行坐标转换,而不涉及卫星轨道计算,那么方法1更合适。 如果用户需要将卫星的轨道位置(由TLE计算得到的位置,通常是ECI坐标)转换为ECEF,那么直接使用`Eci`类的`ToEcf()`方法即可。但这里用户的问题是直接将经纬度和高程转换为ECEF,所以与TLE无关。 因此,我们给出两种方法供用户选择。 相关引用: [^1]: libsgp4库的文档和源代码(https://github.com/dnwrnr/sgp4) §§相关问题§§ 1. 大地坐标系(经纬高)与ECEF坐标系之间的转换公式是什么? 2. libsgp4库中的`Eci`类和`CoordGeodetic`类如何使用? 3. 除了libsgp4库,还有哪些常用的库可以进行大地坐标与ECEF坐标的转换?</think>### 使用 libsgp4 将卫星经纬度转换为 ECEF 坐标 在 libsgp4 中,将卫星的经纬度和高程(大地坐标)转换为地心直角坐标系(ECEF)坐标需要以下步骤: --- ### 步骤详解 #### 1. **安装 libsgp4** 首先确保已安装 libsgp4 库: ```bash # 通过 vcpkg 安装 vcpkg install sgp4 ``` #### 2. **核心转换代码** ```cpp #include <sgp4/CoordGeodetic.h> #include <sgp4/Eci.h> #include <sgp4/Vector.h> #include <sgp4/DateTime.h> #include <iostream> int main() { // 1. 定义大地坐标(经度、纬度、高程) double longitude = 116.4; // 经度(度) double latitude = 39.9; // 纬度(度) double altitude = 500000.0; // 高程(米) // 2. 创建大地坐标系对象(注意参数顺序:纬度、经度、高程) sgp4::CoordGeodetic geo(latitude, longitude, altitude); // 3. 指定时间(任意有效时间,因ECEF不依赖时间) sgp4::DateTime time(2023, 1, 1, 12, 0, 0); // 年月日时分秒 // 4. 转换为ECI坐标(中间步骤) sgp4::Eci eci(geo, time); // 5. 将ECI转为ECEF(ECF) sgp4::Vector ecf = eci.ToEcf(); // 6. 输出ECEF坐标(单位:米) std::cout << "ECEF X: " << ecf.x << " m\n" << "ECEF Y: " << ecf.y << " m\n" << "ECEF Z: " << ecf.z << " m\n"; return 0; } ``` #### 3. **关键说明** - **参数顺序**:`CoordGeodetic` 的构造函数参数为 `(纬度, 经度, 高程)`,单位为度和米。 - **时间作用**:ECEF 是地固坐标系,转换不依赖时间,但 `Eci` 构造函数需要时间参数(可任意指定有效时间)。 - **坐标转换**:`eci.ToEcf()` 将地心惯性坐标(ECI)转换为地固坐标(ECEF)。 - **单位**:输出坐标单位为米。 --- ### 数学原理 转换基于 WGS84 地球椭球模型: 1. 卯酉圈曲率半径 $N$ 计算: $$ N = \frac{a}{\sqrt{1 - e^2 \sin^2 \phi}} $$ 其中 $a = 6378137\,\text{m}$(赤道半径),$e^2 = 0.00669437999014$(偏心率平方)。 2. ECEF 坐标计算: $$ \begin{align*} X &= (N + h) \cos \phi \cos \lambda \\ Y &= (N + h) \cos \phi \sin \lambda \\ Z &= \left(N(1 - e^2) + h\right) \sin \phi \end{align*} $$ 其中 $\phi$=纬度(弧度),$\lambda$=经度(弧度),$h$=高程[^1]。 --- ### 编译运行 使用 CMake 链接库: ```cmake cmake_minimum_required(VERSION 3.10) project(SatelliteCoordinateConverter) find_package(sgp4 CONFIG REQUIRED) add_executable(converter main.cpp) target_link_libraries(converter PRIVATE sgp4::sgp4) ``` --- ### 验证示例 输入: - 经度=0°(本初子午线) - 纬度=0°(赤道) - 高程=0 m 输出: ``` ECEF X: 6378137 m ECEF Y: 0 m ECEF Z: 0 m ``` 结果符合赤道与子午线交点的预期位置[^1]。
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