空间大地测量与GPS导航定位时间系统相互转换格里高利时通用时儒略日GPS时年积日相互转换讲解.docx
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空间大地测量与GPS导航定位时间系统相互转换格里高利时通用时儒略日GPS时年积日相互转换讲解
进行空间大地测量所需时间系统的相互转换
1.时间标示法
从古至今，世界各国曾出现过多种历法，如罗马历、儒略日、格里高利以及我国的农历等，目前世界上广泛采用的历法是格里高利历。
1.1.格里高利时（通用时）
格里高利历也称公历，现被世界各国广泛采用。
格里高利历是一个由146097天所组成的400年周期为基础，1年的平均长度为365.2425天。
根据格里高利历1年被划分为12个月。
其标示时间时采用年、月、日、时、分、秒的方法。
这种计时反映季节变化，与日常生活密切相关，但非连续，不利于数学表达和科学计算
1.2.儒略日
儒略日是一种不涉及年、月等概念的长期连续的记日法，在天文学、空间大地测量和卫星导航定位中经常使用。
这种方法是由Scaliger于1583年提出的，为纪念他的父亲儒略而命名为儒略日。
儒略日的起点订在公元前4713年（天文学上记为-4712年）1月1日格林威治时间平午（世界时12:
00），即JD0指定为4713B.C.1月1日12:
00UT到4713B.C.1月2日12:
00UT的24小时。
每一天赋予了一个唯一的数字。
由于儒略日数字位数太多，国际天文学联合会于1973年采用简化儒略日（MJD），其定义为MJD=JD-2400000.5。
MJD相应的起点是1858年11月17日世界时0时。
例如1979年10月1日零时儒略日数为2,444,147.5。
1.3.GPS时
GPS系统内部所采用的时间系统是GPS时间，GPS时以1980年1月6日子夜为起点，用周数（一个星期七天）和周内的秒数来表示
1.4.年积日
所谓年积日就是指的是从每年的1月1日起开始累计的天数，计数从1开始（即每年1月1日的年积日为1），如2004年5月1日的年积日为122。
用他可以方便的求出一年内两个时刻T1和T2间的时间间隔。
2.各个时间系统的相互转换
各个时间系统都有严格的转换公式，其转换的主要思想是把通用时、GPS时间、和年积日分别转换为儒略日，然后以儒略日为媒介，实现任意两个时间系统的相互转换，如下图所示：
转换思想
2.1通用时与儒略日间的相互转换
2.1.1由通用时转换到儒略日（CommonTimeToJulianDay（pct,pjd））
其中
如果M≤2,则y=Y-1，m=M+12
如果M>2，则y=Y，m=M
JD为儒略日，Y为年，M为月，D为日，UT为世界时。
2.1.2由儒略日转换到通用时（JulianDayToCommonTime（pjd,pct））
2.2通用时与GPS时间间的相互转换
2.2.1由通用时转换到GPS时间（CommonTimeToGPSTime（pct,pgt））
主要分两步进行：
第一步：
计算GPS周
第二步：
计算一周内的秒数
2.2.2由GPS时间转换到通用时（GPSTimeToCommonTime（pgt,pct））
第一步：
由GPS时间转换到儒略日
第二步：
由儒略日转换到通用时
2.3儒略日与年积日之间的相互转换
2.3.1由儒略日转换到年积日（JulianDayToDOY（pjd,pdoy））
主要分三步进行：
第一步：
计算出通用时
第二步：
计算出当年1月1日的儒略日
第三步：
两个儒略日求差加1，得出年积日
2.3.2年积日转换到儒略日（DOYToJulianDay（pdoy,pjd））
主要分一下两步进行：
第一步：
计算出当年1月1日的儒略日JD1
第二步：
年积日加JD1减1得儒略日
2.4GPS时与年积日间的相互转换
参照儒略日与年积日之间转换方法进行就可以得到结果。
GPS时转换到年积日（GPSTimeToDOY（pgt,pdoy））
年积日转换到GPS时（DOYToGPSTime（pdoy,pgt））
3.算例及结果
通过在VC++6.0环境下编写了各个坐标系统的相互转换，并得到了转换的结果，在试验中使用的已知数据是即使数据，取的时间是当时时间2011年1月7日19时38分45.26秒，用这个已知数据代入函数中，分别求得各个时间系统的GPS时、儒略时、年积日时，并通过各个时间系统的各自相互转换，最后输出的结果如下图所示
通过上图我们可以看出，得到的结果还是非常满意的，程序基本完成了各个时间系统的相互转换，从各个时间相互转换后得到的时间结果，并还原成转换前的数据，得到的结果都是完全符合，由此可见我们的计算结果是正确的，
4.心得体会
这次编程试验，虽说这次试验比较简单，但还是花了较长的时间，修修改改的，以前看到过类似程序，觉得自己应该没啥问题，应该很简单，自己能轻易拿下，可真做起来并不是这么一回事，总是出现一些小bug，不知道问题出在那里，明明感觉公式输入对的，语法也没啥问题，偏偏结果不对，与期望的值差别很大，最后经过调试总算解决了这些问题，比如有次明明记得公式输入是正确的，最后发现还是不小心输错了，结果导致错误。
经过这次编程，这次试验，使自己的编程水平有了较大的提高，以前很多的时候都是只看程序，感觉很简单，并不自己动手，其实其中很多问题，只有自己亲自经历才知道一些简单的东西也会出问题，卡住思维，最后经过努力解决了问题，心里还是蛮开心的，有一定的成就感。
经过这次试验，学到了很多东西，有比较深的感触，对VC++不像以前那么排斥了，不像以前总感觉有点儿惧怕它，现在总算不抵触他了，希望在以后的学习中能够喜欢上它。
5.附录（程序中的源代码）
#include
usingnamespacestd;
typedefstructtagCOMMONTIME
{
intyear;
intmonth;
intday;
inthour;
intminute;
doublesecond;
}COMMONTIME;//通用时
typedefCOMMONTIME*PCOMMONTIME;
typedefstructtagTOD
{
longsn;//秒数的整数部分
doubletos;//秒数的小数部分
}TOD;
typedefTOD*PTOD;
typedefstruct
{
longday;//整数天数
TODtod;//一天内的秒数
}JULIANDAY;//儒略日
typedefJULIANDAY*PJULIANDAY;
typedefstructtagMJULIANDAY
{
longday;
TODtod;
}MJULIANDAY;//新儒略日
typedefMJULIANDAY*PMJIANDAY;
typedefstructtagTOW
{
longsn;//秒整数部分
doubletos;//秒小数部分
}TOW;
typedefTOW*PTOW;
typedefstructtagGPSTIME
{
intwn;//周数
TOWtow;//一周内的秒数
}GPSTIME;//GPS时
typedefGPSTIME*PGPSTIME;
typedefstructtagDOY
{
unsignedshortyear;
unsignedshortday;
TODtod;
}DOY;//年积日
typedefDOY*PDOY;
doubleFRAC（doublemorigin）
{
returnmorigin-long（morigin）;//取小数部分
}
voidCommonTimeToJulianDay（PCOMMONTIMEpct,PJULIANDAYpjd）//通用时到儒略日的转换
{
if（pct->year<1900）
{
if（pct->year<80）
pct->year+=2000;
elsepct->year+=1900;
}
doubleut=pct->hour+pct->minute/60.0+pct->second/3600.0;
if（pct->month<=2）
{
pct->year-=1;
pct->month+=12;
}
pjd->day=int（365.25*pct->year）+int（30.6001*（pct->month+1））+pct->day+int（ut/24+1720981.5）;
pjd->tod.sn=（（pct->hour+12）%24）*3600+pct->minute*60+（int）pct->second;//秒的整数部分
pjd->tod.tos=pct->second-（int）pct->second;//秒的小数部分
}
voidJulianDayToCommonTime（PJULIANDAYpjd,PCOMMONTIMEpct）//儒略日到通用时的转换
{
doublex=pjd->day+（pjd->tod.sn+pjd->tod.tos）/（60.0*60.0*24）;
inta=int（x+0.5）;
intb=a+1537;
intc=int（（b-122.1）/365.25）;
intd=int（365.25*c）;
inte=int（（b-d）/30.6001）;
pct->day=b-d-int（30.6001*e）;
pct->month=e-1-12*int（e/14）;
pct->year=c-4715-int（（7+pct->month）/10）;
pct->hour=（pjd->tod.sn/3600+12）%24;
pct->minute=（pjd->tod.sn%3600）/60;
pct->second=pjd->tod.sn%60+pjd->tod.tos;
intN=a%7;
}
voidJulianDayToGPSTime（PJULIANDAYpjd,PGPSTIMEpgt）//儒略日到GPS时的转换
{
doublex=pjd->day+（pjd->tod.sn+pjd->tod.tos）/（60.0*60.0*24）;
pgt->wn=int（（x-2444244.5）/7）;
pgt->tow.sn=int（（（pjd->day-2444244）%7+（pjd->tod.sn/（60.0*60.0*24）-0.5））*86400）;
pgt->tow.tos=pjd->tod.tos;
}
voidGPSTimeToJulianDay（PGPSTIMEpgt,PJULIANDAYpjd）//GPS时到儒略日的转换
{
pjd->day=int（pgt->wn*7+double（pgt->tow.sn）/86400.0+2444244.5）;
pjd->tod.sn=（pgt->tow.sn+43200）%86400;
pjd->tod.tos=pgt->tow.tos;
}
voidCommonTimeToGPSTime（PCOMMONTIMEpct,PGPSTIMEpgt）//通用时到GPS时的转换
{
PJULIANDAYpjd=newJULIANDAY;
CommonTimeToJulianDay（pct,pjd）;
JulianDayToGPSTime（pjd,pgt）;
}
voidGPSTimeToCommonTime（PGPSTIMEpgt,PCOMMONTIMEpct）//GPS时到通用时的转换
{
PJULIANDAYpjd=newJULIANDAY;
GPSTimeToJulianDay（pgt,pjd）;
JulianDayToCommonTime（pjd,pct）;
}
voidCommonTimeToDOY（PCOMMONTIMEpct,PDOYpdoy）
{
PCOMMONTIMEpcto=newCOMMONTIME;
pcto->year=pct->year;
pcto->month=1;
pcto->day=1;
pcto->hour=0;
pcto->minute=0;
pcto->second=0;
PJULIANDAYpjdo=newJULIANDAY;
doubleJD,JDO;
CommonTimeToJulianDay（pcto,pjdo）;
JDO=pjdo->day+（pjdo->tod.sn+pjdo->tod.tos）/86400;
PJULIANDAYpjd=newJULIANDAY;
CommonTimeToJulianDay（pct,pjd）;
JD=pjd->day+（pjd->tod.sn+pjd->tod.tos）/86400;
pdoy->day=short（JD-JDO+1）;
pdoy->year=pct->year;
pdoy->tod.sn=long（pct->hour*3600
+pct->minute*60+pct->second）;
pdoy->tod.tos=pct->second-int（pct->second）;/*pct->hour*3600
+pct->minute*60+pct->second-pdoy->tod.sn;*/
}
voidDOYToCommonTime（PDOYpdoy,PCOMMONTIMEpct）
{
PCOMMONTIMEpcto=newCOMMONTIME;
pcto->year=pdoy->year;
pcto->month=1;
pcto->day=1;
pcto->hour=0;
pcto->minute=0;
pcto->second=0;
PJULIANDAYpjdo=newJULIANDAY;
doubleJD,JDO;
CommonTimeToJulianDay（pcto,pjdo）;
JDO=pjdo->day+（pjdo->tod.sn+pjdo->tod.tos）/86400;
JD=JDO+pdoy->day+（pdoy->tod.sn+pdoy->tod.tos）/86400-1;
longa,b,c,d,e;
a=（long）（JD+0.5）;
b=a+1537;
c=（long）（（b-122.1）/365.25）;
d=（long）（365.25*c）;
e=（long）（（b-d）/30.6001）;
pct->day=short（b-d-（long）（30.6001*e）+FRAC（JD+0.5））;
pct->month=short（e-1-12*（long）（e/14））;
pct->year=short（c-4715-（long）（（7+pct->month）/10））;
pct->hour=short（（pdoy->tod.sn+pdoy->tod.tos）/3600）;
pct->minute=short（（pdoy->tod.sn+pdoy->tod.tos
-pct->hour*3600）/60）;
pct->second=pdoy->tod.sn+pdoy->tod.tos
-pct->hour*3600-pct->minute*60;
}
voidGPSTimeToDOY（PGPSTIMEpgt,PDOYpdoy）
{
PJULIANDAYpjd=newJULIANDAY;
GPSTimeToJulianDay（pgt,pjd）;
PCOMMONTIMEpct=newCOMMONTIME;
JulianDayToCommonTime（pjd,pct）;
CommonTimeToDOY（pct,pdoy）;
}
voidDOYToGPSTime（PDOYpdoy,PGPSTIMEpgt）
{
PCOMMONTIMEpct=newCOMMONTIME;
DOYToCommonTime（pdoy,pct）;
CommonTimeToGPSTime（pct,pgt）;
}
voidJulianDayToDOY（PJULIANDAYpjd,PDOYpdoy）
{
PCOMMONTIMEpct=newCOMMONTIME;
JulianDayToCommonTime（pjd,pct）;
CommonTimeToDOY（pct,pdoy）;
}
voidDOYToJulianDay（PDOYpdoy,PJULIANDAYpjd）
{
PCOMMONTIMEpct=newCOMMONTIME;
DOYToCommonTime（pdoy,pct）;
CommonTimeToJulianDay（pct,pjd）;
}
voidmain（）
{
PCOMMONTIMEpct=newCOMMONTIME;
PJULIANDAYpjd=newJULIANDAY;
PDOYpdoy=newDOY;
PGPSTIMEpgt=newGPSTIME;
pct->year=2011;
pct->month=1;
pct->day=6;
pct->hour=19;
pct->minute=38;
pct->second=45.26;
cout<<"转换之前的通用时（当地时间）：
";
cout<year<<""<month<<""<day<<""<hour<<":
"<minute<<":
"<second<cout<CommonTimeToJulianDay（pct,pjd）;//通用时->儒略日的转换
cout<<"通用时->儒略日的转换:
";
cout<day<<""<tod.sn<<""<tod.tos<cout<JulianDayToCommonTime（pjd,pct）;//儒略日->通用时的转换
cout<<"儒略日->通用时的转换:
";
cout<year<<""<month<<""<day<<""<hour<<":
"<minute<<":
"<second<cout<JulianDayToGPSTime（pjd,pgt）;//儒略日->GPS时的转换
cout<<"儒略日->GPS时的转换:
";
cout<wn<<""<tow.sn<<""<tow.tos<cout<GPSTimeToJulianDay（pgt,pjd）;//GPS时->儒略日的转换
cout<<"GPS时->儒略日的转换:
";
cout<day<<""<tod.sn<<""<tod.tos<cout<CommonTimeToGPSTime（pct,pgt）;//通用时->GPS时的转换
cout<<"通用时->GPS时的转换:
";
cout<wn<<""<tow.sn<<""<tow.tos<cout<GPSTimeToCommonTime（pgt,pct）;//GPS时->通用时的转换
cout<<"GPS时->通用时的转换:
";
cout<year<<""<month<<""<day<<""<hour<<":
"<minute<<":
"<second<cout<CommonTimeToDOY（pct,pdoy）;//通用时->年积日
cout<<"通用时->年积日:
";
cout<year<<""<day<<""<tod.sn<<""<tod.tos<cout<DOYToCommonTime（pdoy,pct）;//年积日->通用时
cout<<"年积日->通用时:
";
cout<year<<""<month<<""<day<<""<hour<<":
"<minute<<":
"<second<cout<GPSTimeToDOY（pgt,pdoy）;//GPS时->年积日
cout<<"GPS时->年积日:
";
cout<year<<""<day<<""<tod.sn<<""<tod.tos<cout<DOYToGPSTime（pdoy,pgt）;//年积日->GPS时
cout<<"年积日->GPS时:
";
cout<wn<<""<tow.sn<<""<tow.tos<cout<JulianDayToDOY（pjd,pdoy）;//儒略日->年积日
cout<<"儒略日->年积日:
";
cout<year<<""<day<<""<tod.sn<<""<tod.tos<cout<DOYToJulianDay（pdoy,pjd）;//年积日->儒略日
cout<<"年积日->儒略日:
";
cout<day<<""<tod.sn<<""<tod.tos<cout<cout<<"经过各种转换后还原得到的通用时:
";
cout<year<<""<month<<""<day<<""<hour<<":
"<minute<<":
"<second<cout<}
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