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 program is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU General Public License as
  10  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  11  * License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  14  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  * along with this program; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  21  *
  22  * $Id$
  23  **************************************************************************/
  24
  25 #include <simgear/debug/logstream.hxx>
  26
  27 #ifdef FG_MATH_EXCEPTION_CLASH
  28 #  define exception c_exception
  29 #endif
  30 #include <math.h>
  31
  32 #include "celestialBody.hxx"
  33 #include "star.hxx"
  34
  35
  36 /**************************************************************************
  37  * void CelestialBody::updatePosition(fgTIME *t, Star *ourSun)
  38  *
  39  * Basically, this member function provides a general interface for
  40  * calculating the right ascension and declinaion. This function is
  41  * used for calculating the planetary positions. For the planets, an
  42  * overloaded member function is provided to additionally calculate the
  43  * planet's magnitude.
  44  * The sun and moon have their own overloaded updatePosition member, as their
  45  * position is calculated an a slightly different manner.
  46  *
  47  * arguments:
  48  * fgTIME t: provides the current time.
  49  * Star *ourSun: the sun's position is needed to convert heliocentric
  50  *               coordinates into geocentric coordinates.
  51  *
  52  * return value: none
  53  *
  54  *************************************************************************/
  55 void CelestialBody::updatePosition(FGTime *t, Star *ourSun)
  56 {
  57   double eccAnom, v, ecl, actTime,
  58     xv, yv, xh, yh, zh, xg, yg, zg, xe, ye, ze;
  59
  60   updateOrbElements(t);
  61   actTime = fgCalcActTime(t);
  62
  63   // calcualate the angle bewteen ecliptic and equatorial coordinate system
  64   ecl = DEG_TO_RAD * (23.4393 - 3.563E-7 *actTime);
  65
  66   eccAnom = fgCalcEccAnom(M, e);  //calculate the eccentric anomaly
  67   xv = a * (cos(eccAnom) - e);
  68   yv = a * (sqrt (1.0 - e*e) * sin(eccAnom));
  69   v = atan2(yv, xv);           // the planet's true anomaly
  70   r = sqrt (xv*xv + yv*yv);    // the planet's distance
  71
  72   // calculate the planet's position in 3D space
  73   xh = r * (cos(N) * cos(v+w) - sin(N) * sin(v+w) * cos(i));
  74   yh = r * (sin(N) * cos(v+w) + cos(N) * sin(v+w) * cos(i));
  75   zh = r * (sin(v+w) * sin(i));
  76
  77   // calculate the ecliptic longitude and latitude
  78   xg = xh + ourSun->getxs();
  79   yg = yh + ourSun->getys();
  80   zg = zh;
  81
  82   lonEcl = atan2(yh, xh);
  83   latEcl = atan2(zh, sqrt(xh*xh+yh*yh));
  84
  85   xe = xg;
  86   ye = yg * cos(ecl) - zg * sin(ecl);
  87   ze = yg * sin(ecl) + zg * cos(ecl);
  88   rightAscension = atan2(ye, xe);
  89   declination = atan2(ze, sqrt(xe*xe + ye*ye));
  90   /* FG_LOG(FG_GENERAL, FG_INFO, "Planet found at : "
  91          << rightAscension << " (ra), " << declination << " (dec)" ); */
  92
  93   //calculate some variables specific to calculating the magnitude
  94   //of the planet
  95   R = sqrt (xg*xg + yg*yg + zg*zg);
  96   s = ourSun->getDistance();
  97
  98   // It is possible from these calculations for the argument to acos
  99   // to exceed the valid range for acos(). So we do a little extra
 100   // checking.
 101
 102   double tmp = (r*r + R*R - s*s) / (2*r*R);
 103   if ( tmp > 1.0) {
 104       tmp = 1.0;
 105   } else if ( tmp < -1.0) {
 106       tmp = -1.0;
 107   }
 108
 109   FV = RAD_TO_DEG * acos( tmp );
 110 };
 111
 112 /****************************************************************************
 113  * double CelestialBody::fgCalcEccAnom(double M, double e)
 114  * this private member calculates the eccentric anomaly of a celestial body,
 115  * given its mean anomaly and eccentricity.
 116  *
 117  * -Mean anomaly: the approximate angle between the perihelion and the current
 118  *  position. this angle increases uniformly with time.
 119  *
 120  * True anomaly: the actual angle between perihelion and current position.
 121  *
 122  * Eccentric anomaly: this is an auxilary angle, used in calculating the true
 123  * anomaly from the mean anomaly.
 124  *
 125  * -eccentricity. Indicates the amount in which the orbit deviates from a
 126  *  circle (0 = circle, 0-1, is ellipse, 1 = parabola, > 1 = hyperbola).
 127  *
 128  * This function is also known as solveKeplersEquation()
 129  *
 130  * arguments:
 131  * M: the mean anomaly
 132  * e: the eccentricity
 133  *
 134  * return value:
 135  * the eccentric anomaly
 136  *
 137  ****************************************************************************/
 138 double CelestialBody::fgCalcEccAnom(double M, double e)
 139 {
 140   double
 141     eccAnom, E0, E1, diff;
 142
 143   eccAnom = M + e * sin(M) * (1.0 + e * cos (M));
 144   // iterate to achieve a greater precision for larger eccentricities
 145   if (e > 0.05)
 146     {
 147       E0 = eccAnom;
 148       do
 149         {
 150           E1 = E0 - (E0 - e * sin(E0) - M) / (1 - e *cos(E0));
 151           diff = fabs(E0 - E1);
 152           E0 = E1;
 153         }
 154       while (diff > (DEG_TO_RAD * 0.001));
 155       return E0;
 156     }
 157   return eccAnom;
 158 }
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