simgear/ephemeris/celestialBody.cxx

   1 /**************************************************************************
   2  * celestialBody.cxx
   3  * Written by Durk Talsma. Originally started October 1997, for distribution
   4  * with the FlightGear project. Version 2 was written in August and
   5  * September 1998. This code is based upon algorithms and data kindly
   6  * provided by Mr. Paul Schlyter. (pausch@saaf.se).
   7  *
   8  * This library is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Library General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Library General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
  19  * License along with this library; if not, write to the
  20  * Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
  21  * Boston, MA  02111-1307, USA.
  22  *
  23  * $Id$
  24  **************************************************************************/
  25
  26 #include <simgear/debug/logstream.hxx>
  27
  28 #ifdef FG_MATH_EXCEPTION_CLASH
  29 #  define exception c_exception
  30 #endif
  31 #include <math.h>
  32
  33 #include "celestialBody.hxx"
  34 #include "star.hxx"
  35
  36
  37 /**************************************************************************
  38  * void CelestialBody::updatePosition(double mjd, Star *ourSun)
  39  *
  40  * Basically, this member function provides a general interface for
  41  * calculating the right ascension and declinaion. This function is
  42  * used for calculating the planetary positions. For the planets, an
  43  * overloaded member function is provided to additionally calculate the
  44  * planet's magnitude.
  45  * The sun and moon have their own overloaded updatePosition member, as their
  46  * position is calculated an a slightly different manner.
  47  *
  48  * arguments:
  49  * double mjd: provides the modified julian date.
  50  * Star *ourSun: the sun's position is needed to convert heliocentric
  51  *               coordinates into geocentric coordinates.
  52  *
  53  * return value: none
  54  *
  55  *************************************************************************/
  56 void CelestialBody::updatePosition(double mjd, Star *ourSun)
  57 {
  58   double eccAnom, v, ecl, actTime,
  59     xv, yv, xh, yh, zh, xg, yg, zg, xe, ye, ze;
  60
  61   updateOrbElements(mjd);
  62   actTime = sgCalcActTime(mjd);
  63
  64   // calcualate the angle bewteen ecliptic and equatorial coordinate system
  65   ecl = DEG_TO_RAD * (23.4393 - 3.563E-7 *actTime);
  66
  67   eccAnom = sgCalcEccAnom(M, e);  //calculate the eccentric anomaly
  68   xv = a * (cos(eccAnom) - e);
  69   yv = a * (sqrt (1.0 - e*e) * sin(eccAnom));
  70   v = atan2(yv, xv);           // the planet's true anomaly
  71   r = sqrt (xv*xv + yv*yv);    // the planet's distance
  72
  73   // calculate the planet's position in 3D space
  74   xh = r * (cos(N) * cos(v+w) - sin(N) * sin(v+w) * cos(i));
  75   yh = r * (sin(N) * cos(v+w) + cos(N) * sin(v+w) * cos(i));
  76   zh = r * (sin(v+w) * sin(i));
  77
  78   // calculate the ecliptic longitude and latitude
  79   xg = xh + ourSun->getxs();
  80   yg = yh + ourSun->getys();
  81   zg = zh;
  82
  83   lonEcl = atan2(yh, xh);
  84   latEcl = atan2(zh, sqrt(xh*xh+yh*yh));
  85
  86   xe = xg;
  87   ye = yg * cos(ecl) - zg * sin(ecl);
  88   ze = yg * sin(ecl) + zg * cos(ecl);
  89   rightAscension = atan2(ye, xe);
  90   declination = atan2(ze, sqrt(xe*xe + ye*ye));
  91   /* FG_LOG(FG_GENERAL, FG_INFO, "Planet found at : "
  92          << rightAscension << " (ra), " << declination << " (dec)" ); */
  93
  94   //calculate some variables specific to calculating the magnitude
  95   //of the planet
  96   R = sqrt (xg*xg + yg*yg + zg*zg);
  97   s = ourSun->getDistance();
  98
  99   // It is possible from these calculations for the argument to acos
 100   // to exceed the valid range for acos(). So we do a little extra
 101   // checking.
 102
 103   double tmp = (r*r + R*R - s*s) / (2*r*R);
 104   if ( tmp > 1.0) {
 105       tmp = 1.0;
 106   } else if ( tmp < -1.0) {
 107       tmp = -1.0;
 108   }
 109
 110   FV = RAD_TO_DEG * acos( tmp );
 111 }
 112
 113 /****************************************************************************
 114  * double CelestialBody::sgCalcEccAnom(double M, double e)
 115  * this private member calculates the eccentric anomaly of a celestial body,
 116  * given its mean anomaly and eccentricity.
 117  *
 118  * -Mean anomaly: the approximate angle between the perihelion and the current
 119  *  position. this angle increases uniformly with time.
 120  *
 121  * True anomaly: the actual angle between perihelion and current position.
 122  *
 123  * Eccentric anomaly: this is an auxilary angle, used in calculating the true
 124  * anomaly from the mean anomaly.
 125  *
 126  * -eccentricity. Indicates the amount in which the orbit deviates from a
 127  *  circle (0 = circle, 0-1, is ellipse, 1 = parabola, > 1 = hyperbola).
 128  *
 129  * This function is also known as solveKeplersEquation()
 130  *
 131  * arguments:
 132  * M: the mean anomaly
 133  * e: the eccentricity
 134  *
 135  * return value:
 136  * the eccentric anomaly
 137  *
 138  ****************************************************************************/
 139 double CelestialBody::sgCalcEccAnom(double M, double e)
 140 {
 141   double
 142     eccAnom, E0, E1, diff;
 143
 144   eccAnom = M + e * sin(M) * (1.0 + e * cos (M));
 145   // iterate to achieve a greater precision for larger eccentricities
 146   if (e > 0.05)
 147     {
 148       E0 = eccAnom;
 149       do
 150         {
 151           E1 = E0 - (E0 - e * sin(E0) - M) / (1 - e *cos(E0));
 152           diff = fabs(E0 - E1);
 153           E0 = E1;
 154         }
 155       while (diff > (DEG_TO_RAD * 0.001));
 156       return E0;
 157     }
 158   return eccAnom;
 159 }
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