org.orekit.geometry.fov

Class EllipticalFieldOfView

java.lang.Object

org.orekit.geometry.fov.AbstractFieldOfView

org.orekit.geometry.fov.SmoothFieldOfView

org.orekit.geometry.fov.EllipticalFieldOfView

All Implemented Interfaces:

FieldOfView

public class EllipticalFieldOfView
extends SmoothFieldOfView

表示具有椭圆形状的航天器传感器视场。

不失一般性，可以假设通过适当的旋转，椭圆的中心位于Z_ell轴上，椭圆的主轴沿X_ell和Y_ell轴。椭圆的第一个定义元素是这些规范轴。该类允许通过直接给出Z_ell轴作为椭圆center的中心，并给出一个在(+X_ell，Z_ell)半平面上的primaryMeridian向量来指定它们。允许primaryMeridian不正交于center，因为正交性将在内部修正（即primaryMeridian可能与X_ell不同）。

我们可以定义角坐标\((\alpha, \beta)\)为绕+Y_ell和-X_ell轴的二面角，以指定单位球上的点。相应的笛卡尔坐标将是\[\begin{gather*} P_{\alpha,\beta}\left(\begin{gather*} \frac{\sin\alpha\cos\beta}{\sqrt{1-\sin^2\alpha\sin^2\beta}}\\ \frac{\cos\alpha\sin\beta}{\sqrt{1-\sin^2\alpha\sin^2\beta}}\\ \frac{\cos\alpha\cos\beta}{\sqrt{1-\sin^2\alpha\sin^2\beta}} \end{gather*}\right)\end{gather*}\]，这表明角度\(\beta=0\)对应于(X_ell，Z_ell)平面，角度\(\alpha=0\)对应于(Y_ell，Z_ell)平面。请注意，至少一个角度必须与\(\pm\frac{\pi}{2}\)不同，这意味着上述表达式对于在(X_ell，Y_ell)平面上的点是奇异的。

椭圆的大小由其沿X_ell轴的半孔角\(\lambda\)和沿Y_ell轴的\(\mu\)定义。对于属于椭圆的点，我们总是有\(-\lambda \le \alpha \le +\lambda\)和\(-\mu \le \beta \le +\mu\)，在主轴的末端达到相等。在球上定义的椭圆不是一个平面椭圆，因为四个端点\((\alpha=\pm\lambda, \beta=0)\)和\((\alpha=0, \beta=\pm\mu)\)在\(\lambda\neq\mu\)时不共面。

我们将在球上定义的椭圆定义为点\(P\)的轨迹，使得它们到两个焦点\(F_+\)和\(F_-\)的角距离之和是恒定的，所有点都在球上。焦点和两个半孔角\(\lambda\)和\(\mu\)之间的关系是：\[\lambda \ge \mu \Rightarrow F_\pm\left(\begin{gather*} \pm\sin\delta\\ 0\\ \cos\delta \end{gather*}\right) \quad\text{with}\quad \cos\delta = \frac{\cos\lambda}{\cos\mu}\]

和\[\mu \ge \lambda \Rightarrow F_\pm\left(\begin{gather*} 0\\ \pm\sin\delta\\ \cos\delta \end{gather*}\right) \quad\text{with}\quad \cos\delta = \frac{\cos\mu}{\cos\lambda}\]

可以证明，前面的定义等价于首先在平面\(z = z_0\)上绘制一个常规平面椭圆（\(z_0\)是一个任意严格正数，\(z_0=1\)是最简单的选择），其半长轴为\(a=z_0\tan\lambda\)，半短轴为\(b=z_0\tan\mu\)，然后使用中心投影将其投影到球面上：\[\left\{\begin{align*} \left(\frac{x}{z_0\tan\lambda}\right)^2 + \left(\frac{y}{z_0\tan\mu}\right)^2 &= \left(\frac{z}{z_0}\right)^2\\ x^2 + y^2 + z^2 &= 1 \end{align*}\right.\]

首先通过\(z_0\)简化第一个方程，并使用第二个方程中的\(z^2\)消除它，得到：\[\left\{\begin{align*} \left(\frac{x}{\sin\lambda}\right)^2 + \left(\frac{y}{\sin\mu}\right)^2 &= 1\\ x^2 + y^2 + z^2 &= 1 \end{align*}\right.\]，这表明前面的定义也等价于首先在\((x, y)\)平面上定义一个无量纲平面椭圆，然后沿\(z\)进行投影到球面上。

然而需要注意的是，尽管球面上的椭圆可以计算为\(x, y\)平面上椭圆的投影，但一个椭圆的焦点不是另一个椭圆的焦点的投影。平面上的焦点彼此之间比焦点\(F_+\)和\(F_-\)的投影更接近一个因子\(\cos\mu\)。

Since:

10.1

Author:

Luc Maisonobe

Constructor Summary

Constructors

Constructor and Description
EllipticalFieldOfView(org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D center, org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D primaryMeridian, double halfApertureAlongX, double halfApertureAlongY, double margin) 构建一个新实例。

Method Summary

Modifier and Type	Method and Description
protected org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D	directionAt(double angle) 获取角度处的边界方向。
org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D	getFocus1() 获取航天器坐标系中的第一个焦点。
org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D	getFocus2() 获取航天器坐标系中的第二个焦点。
double	getHalfApertureAlongX() 获取沿Xell方向传播的FOV半孔角（即
double	getHalfApertureAlongY() 获取沿Yell方向传播的FOV半孔角（即
double	offsetFromBoundary(org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D lineOfSight, double angularRadius, VisibilityTrigger trigger) 获取目标体相对于视场边界的偏移量。
org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D	projectToBoundary(org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D lineOfSight) 找到视线上最接近视场边界的方向。

Methods inherited from class org.orekit.geometry.fov.SmoothFieldOfView

getCenter, getFootprint, getX, getY, getZ

Methods inherited from class org.orekit.geometry.fov.AbstractFieldOfView

getMargin

Methods inherited from class java.lang.Object

clone, equals, finalize, getClass, hashCode, notify, notifyAll, toString, wait, wait, wait

Constructor Detail

EllipticalFieldOfView

public EllipticalFieldOfView(org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D center,
                             org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D primaryMeridian,
                             double halfApertureAlongX,
                             double halfApertureAlongY,
                             double margin)

构建一个新实例。

通过适当的旋转，可以使椭圆形视场定向，使得椭圆的中心位于Z_ell轴上，其中一个主轴位于(X_ell，Z_ell)平面中，另一个主轴位于(Y_ell，Z_ell)平面中。请注意，沿Y_ell方向传播的椭圆主轴对应于绕-X_ell轴旋转，沿X_ell方向传播的椭圆主轴对应于绕+Y_ell轴旋转。这里使用的命名约定是角度以传播轴命名。

参数：

center - 视场中心的方向（即Z_ell），在航天器坐标系中

primaryMeridian - 定义(+X_ell，Z_ell)半平面的向量（允许primaryMeridian不正交于center，因为正交性将在内部修正）

halfApertureAlongX - 定义沿X_ell方向传播的椭圆半孔角（即对应于绕+Y_ell旋转）

halfApertureAlongY - 定义沿Y_ell方向传播的椭圆半孔角（即对应于绕-X_ell旋转）

margin - 应用于区域的角度边缘（如果为正，则视场将考虑区域外略微的点仍然可见）

Method Detail

getHalfApertureAlongX

public double getHalfApertureAlongX()

获取沿X_ell方向传播的FOV半孔角（即绕+Y_ell旋转）。

返回：

沿X_ell方向传播的FOV半孔角（即绕+Y_ell旋转）

getHalfApertureAlongY

public double getHalfApertureAlongY()

获取沿Y_ell方向传播的FOV半孔角（即绕-X_ell旋转）。

返回：

沿Y_ell方向传播的FOV半孔角（即绕-X_ell旋转）

getFocus1

public org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D getFocus1()

获取航天器坐标系中的第一个焦点。

返回：

航天器坐标系中的第一个焦点

getFocus2

public org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D getFocus2()

获取航天器坐标系中的第二个焦点。

返回：

航天器坐标系中的第二个焦点

offsetFromBoundary

public double offsetFromBoundary(org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D lineOfSight,
                                 double angularRadius,
                                 VisibilityTrigger trigger)

获取目标体相对于视场边界的偏移量。

偏移量是目标体与最接近的边界点之间的有符号角距离，考虑到VisibilityTrigger和margin。

由于视场可能具有可能需要长时间计算的复杂形状，当可以证明目标点在视场之外时，可以使用更快但近似的计算。这种近似仅在视场外部增加了0.01弧度的地带时执行，该地带由目标体半径和视场边缘定义，并且应设计为如果完全精确的计算将返回正值，则仍返回正值。当目标点靠近区域时（而且当它在区域内时），将执行完全精确的计算。这种设计允许将此偏移用作可靠地检测视场边界穿越的方法（考虑VisibilityTrigger和margin），这对应于偏移的符号变化。

参数：

lineOfSight - 从视场中心支持单位球到航天器坐标系中目标的视线

angularRadius - 目标体角半径

trigger - 球形体的可见性触发器

返回：

如果目标在视场内可见，则为负偏移量，如果在视场外部则为正偏移量（请注意，这不能考虑到介入体）

另请参阅：

FieldOfView.offsetFromBoundary(Vector3D, double, VisibilityTrigger)

projectToBoundary

public org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D projectToBoundary(org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D lineOfSight)

找到视线上最接近视场边界的方向。

参数：

lineOfSight - 从视场中心支持单位球到航天器坐标系中目标的视线

返回：

最接近视线的视场边界方向

directionAt

protected org.hipparchus.geometry.euclidean.threed.Vector3D directionAt(double angle)

获取角度处的边界方向。

由指定：

directionAt 在类 SmoothFieldOfView中

参数：

angle - 边界方向的相位角

返回：

航天器坐标系中相位角处的边界方向