Koordinatensystem des lokalen Beobachters am Satellitenpanel (LVLH-Koordinatensystem)

In Skyfield möchte ich die Alt-Az-Entfernung von einem Referenzsatelliten zum nächsten berechnen (für die Simulation der Antennenausrichtung). Meine aktuelle Problemumgehung besteht darin, den Referenzbeobachter auf sat1-Höhe zu erstellen und die Alt-Az-Winkel zu berechnen:

sat_observer = sat_ref.subpoint()
ref_PoV = Topos(sat_observer.latitude, sat_observer.longitude, elevation_m=sat_observer.elevation.m)

satellite = Sat(name)
orbit = (satellite - ref_PoV).at(time[0])
el, az, distance = orbit.altaz()

Code ist in der Lage, relative Zeigewinkel auf einmal zu berechnen. Diese Methode funktioniert nicht für absolute Werte, da die Alt-Az-Referenz immer nach Norden der Erde zeigt (das lokale Beobachterkoordinatensystem am Satellitenpanel wird sich im nächsten Moment um die Alt-Achse drehen).

Was wäre der effizienteste Weg, um das lokale Koordinatensystem (LVLH-Rahmen) am Satelliten im Skyfield zu definieren, um die Alt-Az-Winkel für diesen LVLH-Rahmen zu erhalten?

Das ist eine interessante Frage! Bedeutet "Es funktioniert ...", dass es nicht fehlgeschlagen ist oder dass es genau die Werte zurückgibt, die Sie erwarten? Wenn Sie möchten, können Sie auch auf die Github-Seite von Skyfield gehen und dort ein Problem posten und hier einen Link zu Ihrer Frage einfügen. Es gibt einige Überschneidungen mit Benutzern hier und in Astronomy SE und in Skyfields Github. (siehe diese Frage für Links)
Außerdem gibt es mehr als ein mögliches lokales Beobachterkoordinatensystem. Kannst du genauer erklären, wonach du suchst? Siehe zum Beispiel. Sind LVLH- und RSW-Koordinatensysteme dasselbe?
@uhoh Danke für den Verweis auf verschiedene Koordinatensysteme, ich habe meine Frage aktualisiert und werde sie mit dem Skyfield-Github verknüpfen.
sieht gut aus, danke!

Antworten (1)

Nach der Hilfe von @uhoh, dem Graben in diesem Beitrag und der Diskussion hier , gelang es mir, dieses minimale Arbeitsbeispiel zu erstellen. Kommentare sind willkommen.

from skyfield.api import Loader, EarthSatellite
from skyfield.api import Topos, load
from skyfield.timelib import Time
import skyfield.functions as sf
from sklearn import preprocessing
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
%matplotlib inline

halfpi, pi, twopi = [f*np.pi for f in [0.5, 1, 2]]
degs, rads = 180/pi, pi/180

ts = load.timescale()
line1 = '1 25544U 98067A   14020.93268519  .00009878  00000-0  18200-3 0  5082'
line2 = '2 25544  51.6498 109.4756 0003572  55.9686 274.8005 15.49815350868473'
satellite = EarthSatellite(line1, line2, 'ISS (ZARYA)', ts)
print(satellite)

line1 = '1 43205U 18017A   18038.05572532 +.00020608 -51169-6 +11058-3 0  9993'
line2 = '2 43205 029.0165 287.1006 3403068 180.4827 179.1544 08.75117793000017'
satellite2 = EarthSatellite(line1, line2, 'Roadster', ts)
print(satellite2)

time = ts.utc(2020, 24, 11, np.arange(0, 1, 0.01))

#calculate LVLH reference frame for the reference sat
#Z = - R / ||R||
#Y = Z X V / ||Z X V||
#X = Y X Z
R = satellite.at(time).position.km.T
V = satellite.at(time).velocity.km_per_s.T
Z = -preprocessing.normalize(R, norm='l2')
Y = preprocessing.normalize(np.cross(Z, V), norm='l2')
X = np.cross(Y, Z)
Rpos = satellite2.at(time).position.km.T

#check: LVLH coordinate frame at n events
fig = plt.figure(figsize=[10, 8])  # [12, 10]
ax  = fig.add_subplot(1, 1, 1, projection='3d')
axis_length=20
for i in range(0,5):
    x, y, z = R[i,:]
    u, v, w = X[i,:]
    ax.quiver(x, y, z, u, v, w, length=axis_length, color='red')
    u, v, w = Y[i,:]
    ax.quiver(x, y, z, u, v, w, length=axis_length, color='blue')
    u, v, w = Z[i,:]
    ax.quiver(x, y, z, u, v, w, length=axis_length, color='green')

LVLH-Koordinaten

#construct the rotation matrix at time 0
RM = np.array([X[0,:],Y[0,:],Z[0,:]]).T
#view vector PoV = R_sat - R_ref
PoV = Rpos[:] - R
#rotate PoV to LVLH coordinate system
PoV_LHLV = RM.dot(PoV[0,:])
#go to spherical CS
r1, el1, az1 = sf.to_spherical(PoV_LHLV)

# Plot the view angles in polar plot.
plt.figure()
ax = plt.subplot(111, projection='polar')
ax.set_rlim([-90, 90])
ax.set_theta_zero_location('N')
ax.set_theta_direction(1)
ax.set_title('Visibility of satellite2 form satellite PoV', y=1.1)
ax.plot(az1, el1*degs, 'r+')

Betrachtungswinkel

Schön!!! +n!
Koordinatensystem des lokalen Beobachters am Satellitenpanel (LVLH-Koordinatensystem)
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