perl/Sun.pm

   1 #/usr/bin/perl -w
   2 #
   3 # This module was written by Steve Franke K9AN.
   4 # November, 1999.
   5 #
   6 # The formulas used in this module
   7 # are described in:
   8 # Astronomical Algorithms, Second Edition
   9 # by Jean Meeus, 1998
  10 # Published by Willmann-Bell, Inc.
  11 # P.O. Box 35025, Richmond, Virginia 23235
  12 #
  13 # Atmospheric refraction and parallax are taken into
  14 # account when calculating positions of the sun and moon,
  15 # and also when calculating the rise and set times.
  16 #
  17 # Copyright (c) 1999 - Steve Franke K9AN
  18 #
  19 # $Id$
  20 #
  21 # 2001/12/16 Fixed Julian_Date_of_Epoch and now I actually use it...
  22 # 2001/09/15 some changes to take care of cases where the object
  23 #            doesn't rise or set on a given day...
  24
  25 package Sun;
  26
  27 use POSIX;
  28
  29 require Exporter;
  30 @ISA = qw(Exporter);
  31 @EXPORT = qw($pi $d2r $r2d );
  32
  33 use strict;
  34
  35 use vars qw($VERSION $BRANCH);
  36 $VERSION = sprintf( "%d.%03d", q$Revision$ =~ /(\d+)\.(\d+)/ );
  37 $BRANCH = sprintf( "%d.%03d", q$Revision$ =~ /\d+\.\d+\.(\d+)\.(\d+)/  || (0,0));
  38 $main::build += $VERSION;
  39 $main::branch += $BRANCH;
  40
  41 use vars qw($pi $d2r $r2d);
  42
  43 $pi = 3.141592653589;
  44 $d2r = ($pi/180);
  45 $r2d = (180/$pi);
  46
  47 use vars qw(%keps);
  48 use Keps;
  49 use DXVars;
  50 use DXUtil;
  51
  52 # reload the keps data
  53 sub load
  54 {
  55         my @out;
  56         my $s = readfilestr("$main::root/local/Keps.pm");
  57         if ($s) {
  58                 eval $s;
  59                 push @out, $@ if $@;
  60         }
  61     return @out;
  62 }
  63
  64 sub Julian_Day
  65 {
  66         my $year = shift;
  67         my $month = shift;
  68         my $day = shift;
  69         my $julianday;
  70
  71         $year=$year-1 if( $month <= 2 );
  72         $month=$month+12 if( $month <= 2);
  73
  74         $julianday = int(365.25*($year+4716)+int(30.6001*($month+1)))+$day-13-1524.5;
  75         return $julianday;
  76 }
  77 sub Julian_Date_of_Epoch
  78 {
  79         my $epoch=shift;
  80         my $year=int($epoch/1000);
  81         my $day=$epoch-$year*1000;
  82         if ($year < 57 ) {
  83                 $year=$year+2000;
  84         }
  85         else {
  86                 $year=$year+1900;
  87         }
  88         my $Julian_Date_of_Epoch=Julian_Date_of_Year($year)+$day;
  89         return $Julian_Date_of_Epoch;
  90 }
  91
  92 sub Julian_Date_of_Year
  93 {
  94         my $year=shift;
  95         $year=$year-1;
  96         my $A=int($year/100);
  97         my $B=2-$A+int($A/4);
  98         my $Julian_Date_of_Year=int(365.25*$year)+int(30.6001*14)+
  99                 1720994.5+$B;
 100         return $Julian_Date_of_Year;
 101 }
 102 sub ThetaG_JD
 103 {
 104         my $jd=shift;
 105         my $omega_E=1.00273790934; # earth rotations per sidereal day
 106         my $secday=86400;
 107         my $UT=($jd+0.5)-int($jd+0.5);
 108         $jd=$jd-$UT;
 109         my $TU=($jd-2451545.0)/36525;
 110         my $GMST=24110.54841+$TU*(8640184.812866+$TU*(0.093104-$TU*6.2e-6));
 111         my $thetag_jd=mod2p(2*$pi*($GMST/$secday+$omega_E*$UT));
 112         return $thetag_jd;
 113 }
 114
 115 sub reduce_angle_to_360
 116 {
 117         my $angle = shift;
 118
 119         $angle=$angle-int($angle/360)*360;
 120         $angle=$angle+360 if( $angle < 0 );
 121         return $angle;
 122 }
 123 sub mod2p
 124 {
 125         my $twopi=$pi*2;
 126         my $angle = shift;
 127
 128         $angle=$angle-int($angle/$twopi)*$twopi;
 129         $angle=$angle+$twopi if( $angle < 0 );
 130         return $angle;
 131 }
 132 sub sindeg
 133 {
 134         my $angle_in_degrees = shift;
 135
 136         return sin($angle_in_degrees*$d2r);
 137 }
 138 sub cosdeg
 139 {
 140         my $angle_in_degrees = shift;
 141
 142         return cos($angle_in_degrees*$d2r);
 143 }
 144 sub tandeg
 145 {
 146         my $angle_in_degrees = shift;
 147
 148         return tan($angle_in_degrees*$d2r);
 149 }
 150 sub get_az_el
 151 {
 152         my $H=shift;
 153         my $delta=shift;
 154         my $lat=shift;
 155
 156         my $az=$r2d * atan2( sindeg($H), cosdeg($H)*sindeg($lat)-tandeg($delta)*cosdeg($lat) );
 157         my $h=$r2d * asin( sindeg($lat)*sindeg($delta)+cosdeg($lat)*cosdeg($delta)*cosdeg($H) );
 158         return ($az,$h);
 159 }
 160 sub rise_set
 161 {
 162         my $year = shift;
 163         my $month = shift;
 164         my $day = shift;
 165         my $hr = shift;
 166         my $min = shift;
 167         my $lat = shift;
 168         my $lon = shift;
 169         my $sun0_moon1=shift;           # 0 for sun, 1 for moon, 2 for venus...
 170         my ($alpha1,$delta1,$alpha2,$delta2,$alpha3,$delta3);
 171         my ($aznow,$hnow,$alphanow,$deltanow,$distance,$distancenow);
 172         my ($h0,$H);
 173         my ($risetime,$settime);
 174         my ($dawntime,$dusktime);
 175
 176         my ($ifrac,$ifracnow);
 177
 178         my $julianday=Julian_Day($year,$month,$day);
 179         my $tt1 = ($julianday-1-2451545)/36525.;
 180         my $tt2 = ($julianday-2451545)/36525.;
 181         my $tt3 = ($julianday+1-2451545)/36525.;
 182         my $ttnow = ($julianday+$hr/24+$min/24/60-2451545)/36525.;
 183
 184         my $theta0=280.46061837+360.98564736629*($julianday-2451545.0)+
 185                 0.000387933*$tt2*$tt2-$tt2*$tt2*$tt2/38710000;
 186         $theta0=reduce_angle_to_360($theta0);
 187
 188         my $thetanow=280.46061837+360.98564736629*($julianday+$hr/24+$min/24/60-2451545.0)+
 189                 0.000387933*$ttnow*$ttnow-$ttnow*$ttnow*$ttnow/38710000;
 190         $thetanow=reduce_angle_to_360($thetanow);
 191
 192         if ( $sun0_moon1 == 0 ) {
 193                 ($alpha1, $delta1)=get_sun_alpha_delta($tt1);
 194                 ($alpha2, $delta2)=get_sun_alpha_delta($tt2);
 195                 ($alpha3, $delta3)=get_sun_alpha_delta($tt3);
 196                 ($alphanow, $deltanow)=get_sun_alpha_delta($ttnow);
 197                 $H=$thetanow-$lon-$alphanow;
 198                 $H=reduce_angle_to_360($H);
 199                 ($aznow,$hnow)=get_az_el($H,$deltanow,$lat);
 200                 $hnow=$hnow +
 201                         1.02/(tandeg($hnow+10.3/($hnow+5.11)))/60;
 202                 $h0=-0.8333;      # this is for sun rise and sun set
 203                 ($risetime,$settime)=
 204                         do_rise_set_calculations($h0,$theta0,$lat,$lon,$alpha1,$delta1,
 205                                 $alpha2,$delta2,$alpha3,$delta3);
 206                 $h0=-6.0;         # this is for civil dawn and dusk
 207                 ($dawntime,$dusktime)=
 208                         do_rise_set_calculations($h0,$theta0,$lat,$lon,$alpha1,$delta1,
 209                                 $alpha2,$delta2,$alpha3,$delta3);
 210                 $dawntime = "------" if( $dawntime eq "NoRise" );
 211                 $dusktime = "------" if( $dusktime eq "NoSet " );
 212
 213                 return (
 214                         sprintf("%s", $dawntime), sprintf("%s",$risetime),
 215                         sprintf("%s", $settime), sprintf("%s",$dusktime),
 216                         $aznow+180,$hnow
 217                         );
 218         }
 219
 220         if ( $sun0_moon1 == 1 ) {
 221                 ($alpha1, $delta1, $distance, $ifrac)=get_moon_alpha_delta($tt1);
 222                 ($alpha2, $delta2, $distance, $ifrac)=get_moon_alpha_delta($tt2);
 223                 ($alpha3, $delta3, $distance, $ifrac)=get_moon_alpha_delta($tt3);
 224                 ($alphanow, $deltanow, $distancenow, $ifracnow)=get_moon_alpha_delta($ttnow);
 225                 $h0=0.7275*$r2d*asin(6378.14/$distancenow)-34.0/60.;
 226                 $H=$thetanow-$lon-$alphanow;
 227                 $H=reduce_angle_to_360($H);
 228                 ($aznow,$hnow)=get_az_el($H,$deltanow,$lat);
 229                 $hnow=$hnow-$r2d*asin(sin(6378.14/$distancenow)*cosdeg($hnow))+
 230                         1.02/(tandeg($hnow+10.3/($hnow+5.11)))/60;
 231                 ($risetime,$settime)=
 232                         do_rise_set_calculations($h0,$theta0,$lat,$lon,$alpha1,$delta1,
 233                                         $alpha2,$delta2,$alpha3,$delta3);
 234                 return (sprintf("%s", $risetime), sprintf("%s",$settime),
 235                         $aznow+180,$hnow, -40*log10($distance/385000), $ifracnow );
 236
 237         }
 238
 239 }
 240
 241 sub do_rise_set_calculations
 242 {
 243         my $norise = 0;
 244         my $noset = 0;
 245         my ($risehr,$risemin,$risetime,$sethr,$setmin,$settime);
 246         my ($m0,$m1,$m2,$theta,$alpha,$delta,$H,$az,$h,$corr);
 247         my ($i,$arg,$argtest,$H0);
 248
 249     my $h0=shift;
 250     my $theta0=shift;
 251     my $lat=shift;
 252     my $lon=shift;
 253     my $alpha1=shift;
 254     my $delta1=shift;
 255     my $alpha2=shift;
 256     my $delta2=shift;
 257     my $alpha3=shift;
 258     my $delta3=shift;
 259
 260         $arg = (sindeg($h0)-sindeg($lat)*sindeg($delta2))/(cosdeg($lat)*cosdeg($delta2));
 261         if ( abs($arg) > 1. ) {    # either up all day or down all day
 262                 $norise = 1;       # leave it to the user to examine
 263                 $noset = 1;        # the elevation angle (or look outside!)
 264         }                          # to figure out which.
 265
 266         $H0 = acos($arg)*$r2d;
 267         my $aa=$alpha2-$alpha1;
 268         my $ba=$alpha3-$alpha2;
 269         $aa=$aa+360 if ($aa < -180);
 270         $aa=$aa-360 if ($aa >  180);
 271         $ba=$ba+360 if ($ba < -180);
 272         $ba=$ba-360 if ($ba >  180);
 273         my $ca=$ba-$aa;
 274
 275         my $ad=$delta2-$delta1;
 276         my $bd=$delta3-$delta2;
 277         $ad=$ad+360 if ($ad < -180);
 278         $ad=$ad-360 if ($ad >  180);
 279         $bd=$bd+360 if ($bd < -180);
 280         $bd=$bd-360 if ($bd >  180);
 281         my $cd=$bd-$ad;
 282
 283         $m0 = ($alpha2 + $lon - $theta0)/360.;
 284         $m0=$m0+1 if( $m0 < 0 );
 285         $m0=$m0-1 if( $m0 > 1 );
 286         for ($i=1; $i<=2; $i++) {
 287                 $theta = $theta0+360.985647*$m0;
 288                 $alpha=$alpha2+$m0*($aa+$ba+$m0*$ca)/2;
 289                 $delta=$delta2+$m0*($ad+$bd+$m0*$cd)/2;
 290                 $H=$theta-$lon-$alpha;
 291                 $H=reduce_angle_to_360($H);
 292                 $H=$H-360 if ($H > 180);
 293                 ($az,$h)=get_az_el($H,$delta,$lat);
 294                 $corr=-$H/360;
 295                 $m0=$m0+$corr;
 296                 $m0=$m0+1 if( $m0 < 0 );
 297                 $m0=$m0-1 if( $m0 >= 1 );
 298         }
 299
 300
 301         if( !$norise ){
 302                 $m1 = $m0 - $H0/360.;
 303                 $m1=$m1+1 if( $m1 < 0 );
 304                 $m1=$m1-1 if( $m1 > 1 );
 305                 for ($i=1; $i<=2; $i++) {
 306                         $theta = $theta0+360.985647*$m1;
 307                         $alpha=$alpha2+$m1*($aa+$ba+$m1*$ca)/2;
 308                         $delta=$delta2+$m1*($ad+$bd+$m1*$cd)/2;
 309                         $H=$theta-$lon-$alpha;
 310                         $H=reduce_angle_to_360($H);
 311                         ($az,$h)=get_az_el($H,$delta,$lat);
 312                         $corr=($h-$h0)/(360*(cosdeg($delta)*cosdeg($lat)*sindeg($H)));
 313                         $m1=$m1+$corr;
 314 #                       $norise=1 if( $m1 < 0 || $m1 > 1);
 315             $m1=$m1-1 if( $m1 >= 1);
 316             $m1=$m1+1 if( $m1 < 0);
 317                 }
 318         }
 319
 320         if( !$norise ) {
 321                 $risehr=int($m1*24);
 322                 $risemin=($m1*24-int($m1*24))*60+0.5;
 323                 if ( $risemin >= 60 ) {
 324                         $risemin=$risemin-60;
 325                         $risehr=$risehr+1;
 326                 }
 327                 $risehr=0 if($risehr==24);
 328                 $risetime=sprintf("%02d:%02dZ",$risehr,$risemin);
 329         } else {
 330                 $risetime="NoRise";
 331         }
 332
 333         if( !$noset ){
 334                 $m2 = $m0 + $H0/360.;
 335                 $m2=$m2+1 if( $m2 < 0 );
 336                 $m2=$m2-1 if( $m2 >= 1 );
 337                 for ($i=1; $i<=2; $i++) {
 338                         $theta = $theta0+360.985647*$m2;
 339                         $alpha=$alpha2+$m2*($aa+$ba+$m2*$ca)/2;
 340                         $delta=$delta2+$m2*($ad+$bd+$m2*$cd)/2;
 341                         $H=$theta-$lon-$alpha;
 342                         $H=reduce_angle_to_360($H);
 343                         ($az,$h)=get_az_el($H,$delta,$lat);
 344                         $corr=($h-$h0)/(360*(cosdeg($delta)*cosdeg($lat)*sindeg($H)));
 345                         $m2 = $m2 + $corr;
 346 #                       $noset=1 if( $m2 < 0 || $m2 > 1);
 347             $m2=$m2-1 if( $m2 >= 1);
 348             $m2=$m2+1 if( $m2 < 0);
 349                 }
 350         }
 351
 352         if( !$noset ) {
 353                 $sethr=int($m2*24);
 354                 $setmin=($m2*24-int($m2*24))*60+0.5;
 355                 if ( $setmin >= 60 ) {
 356                         $setmin=$setmin-60;
 357                         $sethr=$sethr+1;
 358                 }
 359                 $sethr=0 if($sethr==24);
 360                 $settime=sprintf("%02d:%02dZ",$sethr,$setmin);
 361         } else {
 362                 $settime="NoSet ";
 363         }
 364         return $risetime,$settime;
 365 }
 366
 367
 368
 369 sub get_moon_alpha_delta
 370 {
 371         #
 372         # Calculate the moon's right ascension and declination
 373         #
 374         # As of October 2001, also calculate the illuminated fraction of the
 375         # moon's disk... (why not?)
 376         #
 377         my $tt=shift;
 378
 379         my $Lp=218.3164477+481267.88123421*$tt-
 380                 0.0015786*$tt*$tt+$tt*$tt*$tt/538841-$tt*$tt*$tt*$tt/65194000;
 381         $Lp=reduce_angle_to_360($Lp);
 382
 383         my $D = 297.8501921+445267.1114034*$tt-0.0018819*$tt*$tt+
 384                 $tt*$tt*$tt/545868.-$tt*$tt*$tt*$tt/113065000.;
 385         $D=reduce_angle_to_360($D);
 386
 387         my $M = 357.5291092 + 35999.0502909*$tt-0.0001536*$tt*$tt+
 388                 $tt*$tt*$tt/24490000.;
 389         $M=reduce_angle_to_360($M);
 390
 391         my $Mp = 134.9633964 + 477198.8675055*$tt+0.0087414*$tt*$tt+
 392                 $tt*$tt*$tt/69699-$tt*$tt*$tt*$tt/14712000;
 393         $Mp=reduce_angle_to_360($Mp);
 394
 395         my $F = 93.2720950 + 483202.0175233*$tt - 0.0036539*$tt*$tt-
 396                 $tt*$tt*$tt/3526000 + $tt*$tt*$tt*$tt/863310000;
 397         $F=reduce_angle_to_360($F);
 398
 399         my $A1 = 119.75 + 131.849 * $tt;
 400         $A1=reduce_angle_to_360($A1);
 401
 402         my $A2 =  53.09 + 479264.290 * $tt;
 403         $A2=reduce_angle_to_360($A2);
 404
 405         my $A3 = 313.45 + 481266.484 * $tt;
 406         $A3=reduce_angle_to_360($A3);
 407
 408         my $E = 1 - 0.002516 * $tt - 0.0000074 * $tt * $tt;
 409
 410         my $Sl=  6288774*sindeg(                  1 * $Mp          ) +
 411                  1274027*sindeg(2 * $D +         -1 * $Mp          ) +
 412                  658314 *sindeg(2 * $D                             ) +
 413                  213618 *sindeg(                  2 * $Mp          ) +
 414                 -185116 *sindeg(         1 * $M                    )*$E +
 415                 -114332 *sindeg(                            2 * $F ) +
 416                   58793 *sindeg(2 * $D +         -2 * $Mp          ) +
 417                   57066 *sindeg(2 * $D - 1 * $M  -1 * $Mp          )*$E +
 418                   53322 *sindeg(2 * $D +          1 * $Mp          ) +
 419                   45758 *sindeg(2 * $D - 1 * $M                    )*$E +
 420                  -40923 *sindeg(       + 1 * $M  -1 * $Mp          )*$E +
 421                  -34720 *sindeg(1 * $D                             ) +
 422                  -30383 *sindeg(       + 1 * $M + 1 * $Mp          )*$E +
 423                   15327 *sindeg(2 * $D +                   -2 * $F ) +
 424                  -12528 *sindeg(                  1 * $Mp + 2 * $F ) +
 425                   10980 *sindeg(                  1 * $Mp - 2 * $F ) +
 426                   10675 *sindeg(4 * $D +         -1 * $Mp          ) +
 427                   10034 *sindeg(                  3 * $Mp          ) +
 428                    8548 *sindeg(4 * $D + 0 * $M - 2 * $Mp + 0 * $F ) +
 429                   -7888 *sindeg(2 * $D + 1 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 430                   -6766 *sindeg(2 * $D + 1 * $M + 0 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 431                   -5163 *sindeg(1 * $D + 0 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F ) +
 432                    4987 *sindeg(1 * $D + 1 * $M + 0 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 433                    4036 *sindeg(2 * $D - 1 * $M + 1 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 434                    3994 *sindeg(2 * $D + 0 * $M + 2 * $Mp + 0 * $F ) +
 435                    3861 *sindeg(4 * $D + 0 * $M + 0 * $Mp + 0 * $F ) +
 436                    3665 *sindeg(2 * $D + 0 * $M - 3 * $Mp + 0 * $F ) +
 437                   -2689 *sindeg(0 * $D + 1 * $M - 2 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 438                   -2602 *sindeg(2 * $D + 0 * $M - 1 * $Mp + 2 * $F ) +
 439                    2390 *sindeg(2 * $D - 1 * $M - 2 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 440                   -2348 *sindeg(1 * $D + 0 * $M + 1 * $Mp + 0 * $F ) +
 441                    2236 *sindeg(2 * $D - 2 * $M + 0 * $Mp + 0 * $F )*$E*$E +
 442                   -2120 *sindeg(0 * $D + 1 * $M + 2 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 443                   -2069 *sindeg(0 * $D + 2 * $M + 0 * $Mp + 0 * $F )*$E*$E +
 444                    2048 *sindeg(2 * $D - 2 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F )*$E*$E +
 445                   -1773 *sindeg(2 * $D + 0 * $M + 1 * $Mp - 2 * $F ) +
 446                   -1595 *sindeg(2 * $D + 0 * $M + 0 * $Mp + 2 * $F ) +
 447                    1215 *sindeg(4 * $D - 1 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 448                   -1110 *sindeg(0 * $D + 0 * $M + 2 * $Mp + 2 * $F ) +
 449                    -892 *sindeg(3 * $D + 0 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F ) +
 450                    -810 *sindeg(2 * $D + 1 * $M + 1 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 451                     759 *sindeg(4 * $D - 1 * $M - 2 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 452                    -713 *sindeg(0 * $D + 2 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F )*$E*$E +
 453                    -700 *sindeg(2 * $D + 2 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F )*$E*$E +
 454                     691 *sindeg(2 * $D + 1 * $M - 2 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 455                     596 *sindeg(2 * $D - 1 * $M + 0 * $Mp - 2 * $F )*$E +
 456                     549 *sindeg(4 * $D + 0 * $M + 1 * $Mp + 0 * $F ) +
 457                     537 *sindeg(0 * $D + 0 * $M + 4 * $Mp + 0 * $F ) +
 458                     520 *sindeg(4 * $D - 1 * $M + 0 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 459                    -487 *sindeg(1 * $D + 0 * $M - 2 * $Mp + 0 * $F ) +
 460                    -399 *sindeg(2 * $D + 1 * $M + 0 * $Mp - 2 * $F )*$E +
 461                    -381 *sindeg(0 * $D + 0 * $M + 2 * $Mp - 2 * $F ) +
 462                     351 *sindeg(1 * $D + 1 * $M + 1 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 463                    -340 *sindeg(3 * $D + 0 * $M - 2 * $Mp + 0 * $F ) +
 464                     330 *sindeg(4 * $D + 0 * $M - 3 * $Mp + 0 * $F ) +
 465                     327 *sindeg(2 * $D - 1 * $M + 2 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 466                    -323 *sindeg(0 * $D + 2 * $M + 1 * $Mp + 0 * $F )*$E*$E +
 467                     299 *sindeg(1 * $D + 1 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 468                     294 *sindeg(2 * $D + 0 * $M + 3 * $Mp + 0 * $F ) +
 469                    3958 *sindeg($A1) + 1962*sindeg($Lp - $F) + 318*sindeg($A2);
 470
 471         my $Sr=-20905355 *cosdeg(                   1 * $Mp          ) +
 472                 -3699111 *cosdeg(2 * $D +          -1 * $Mp          ) +
 473                 -2955968 *cosdeg(2 * $D                              ) +
 474                  -569925 *cosdeg(                   2 * $Mp          ) +
 475                    48888 *cosdeg(         1 * $M                     )*$E +
 476                    -3149 *cosdeg(                             2 * $F ) +
 477                   246158 *cosdeg(2 * $D +          -2 * $Mp           ) +
 478                  -152138 *cosdeg(2 * $D - 1 * $M   -1 * $Mp           )*$E +
 479                  -170733 *cosdeg(2 * $D +           1 * $Mp           ) +
 480                  -204586 *cosdeg(2 * $D - 1 * $M                      )*$E +
 481                  -129620 *cosdeg(       + 1 * $M   -1 * $Mp           )*$E +
 482                   108743 *cosdeg(1 * $D                              ) +
 483                   104755 *cosdeg(       + 1 * $M  + 1 * $Mp           )*$E +
 484                   10321 *cosdeg(2 * $D +                     -2 * $F ) +
 485                   79661 *cosdeg(                   1 * $Mp -  2 * $F ) +
 486                  -34782 *cosdeg(4 * $D +          -1 * $Mp           ) +
 487                  -23210 *cosdeg(                   3 * $Mp           ) +
 488                  -21636 *cosdeg(4 * $D + 0 * $M - 2 * $Mp + 0 * $F ) +
 489                   24208 *cosdeg(2 * $D + 1 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 490                   30824 *cosdeg(2 * $D + 1 * $M + 0 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 491                   -8379 *cosdeg(1 * $D + 0 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F ) +
 492                  -16675 *cosdeg(1 * $D + 1 * $M + 0 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 493                  -12831 *cosdeg(2 * $D - 1 * $M + 1 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 494                  -10445 *cosdeg(2 * $D + 0 * $M + 2 * $Mp + 0 * $F ) +
 495                  -11650 *cosdeg(4 * $D + 0 * $M + 0 * $Mp + 0 * $F ) +
 496                   14403 *cosdeg(2 * $D + 0 * $M - 3 * $Mp + 0 * $F ) +
 497                   -7003 *cosdeg(0 * $D + 1 * $M - 2 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 498                   10056 *cosdeg(2 * $D - 1 * $M - 2 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 499                    6322 *cosdeg(1 * $D + 0 * $M + 1 * $Mp + 0 * $F ) +
 500                   -9884 *cosdeg(2 * $D - 2 * $M + 0 * $Mp + 0 * $F )*$E*$E +
 501                    5751 *cosdeg(0 * $D + 1 * $M + 2 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 502                   -4950 *cosdeg(2 * $D - 2 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F )*$E*$E +
 503                    4130 *cosdeg(2 * $D + 0 * $M + 1 * $Mp - 2 * $F )+
 504                   -3958 *cosdeg(4 * $D - 1 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 505                    3258 *cosdeg(3 * $D + 0 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F )+
 506                    2616 *cosdeg(2 * $D + 1 * $M + 1 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 507                   -1897 *cosdeg(4 * $D - 1 * $M - 2 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 508                   -2117 *cosdeg(0 * $D + 2 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F )*$E*$E +
 509                    2354 *cosdeg(2 * $D + 2 * $M - 1 * $Mp + 0 * $F )*$E*$E +
 510                   -1423 *cosdeg(4 * $D + 0 * $M + 1 * $Mp + 0 * $F )+
 511                   -1117 *cosdeg(0 * $D + 0 * $M + 4 * $Mp + 0 * $F )+
 512                   -1571 *cosdeg(4 * $D - 1 * $M + 0 * $Mp + 0 * $F )*$E +
 513                   -1739 *cosdeg(1 * $D + 0 * $M - 2 * $Mp + 0 * $F )+
 514                   -4421 *cosdeg(0 * $D + 0 * $M + 2 * $Mp - 2 * $F )+
 515                    1165 *cosdeg(0 * $D + 2 * $M + 1 * $Mp + 0 * $F )*$E*$E +
 516                    8752 *cosdeg(2 * $D + 0 * $M - 1 * $Mp - 2 * $F );
 517
 518         my $Sb=  5128122 *sindeg(                            1 * $F  ) +
 519                   280602 *sindeg(                  1 * $Mp + 1 * $F  ) +
 520                   277693 *sindeg(                  1 * $Mp - 1 * $F  ) +
 521                   173237 *sindeg(2 * $D                    - 1 * $F  ) +
 522                    55413 *sindeg(2 * $D           -1 * $Mp + 1 * $F  ) +
 523                    46271 *sindeg(2 * $D +         -1 * $Mp - 1 * $F  ) +
 524                    32573 *sindeg(2 * $D +                    1 * $F  ) +
 525                    17198 *sindeg(                  2 * $Mp + 1 * $F  )+
 526                     9266 *sindeg(2 * $D + 0 * $M + 1 * $Mp - 1 * $F ) +
 527                     8822 *sindeg(0 * $D + 0 * $M + 2 * $Mp - 1 * $F ) +
 528                     8216 *sindeg(2 * $D - 1 * $M + 0 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 529                     4324 *sindeg(2 * $D + 0 * $M - 2 * $Mp - 1 * $F ) +
 530                     4200 *sindeg(2 * $D + 0 * $M + 1 * $Mp + 1 * $F ) +
 531                    -3359 *sindeg(2 * $D + 1 * $M + 0 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 532                     2463 *sindeg(2 * $D - 1 * $M - 1 * $Mp + 1 * $F )*$E +
 533                     2211 *sindeg(2 * $D - 1 * $M + 0 * $Mp + 1 * $F )*$E +
 534                     2065 *sindeg(2 * $D - 1 * $M - 1 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 535                    -1870 *sindeg(0 * $D + 1 * $M - 1 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 536                     1828 *sindeg(4 * $D + 0 * $M - 1 * $Mp - 1 * $F ) +
 537                    -1794 *sindeg(0 * $D + 1 * $M + 0 * $Mp + 1 * $F )*$E +
 538                    -1749 *sindeg(0 * $D + 0 * $M + 0 * $Mp + 3 * $F ) +
 539                    -1565 *sindeg(0 * $D + 1 * $M - 1 * $Mp + 1 * $F )*$E +
 540                    -1491 *sindeg(1 * $D + 0 * $M + 0 * $Mp + 1 * $F ) +
 541                    -1475 *sindeg(0 * $D + 1 * $M + 1 * $Mp + 1 * $F )*$E +
 542                    -1410 *sindeg(0 * $D + 1 * $M + 1 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 543                    -1344 *sindeg(0 * $D + 1 * $M + 0 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 544                    -1335 *sindeg(1 * $D + 0 * $M + 0 * $Mp - 1 * $F ) +
 545                     1107 *sindeg(0 * $D + 0 * $M + 3 * $Mp + 1 * $F ) +
 546                     1021 *sindeg(4 * $D + 0 * $M + 0 * $Mp - 1 * $F ) +
 547                      833 *sindeg(4 * $D + 0 * $M - 1 * $Mp + 1 * $F ) +
 548                      777 *sindeg(0 * $D + 0 * $M + 1 * $Mp - 3 * $F ) +
 549                      671 *sindeg(4 * $D + 0 * $M - 2 * $Mp + 1 * $F ) +
 550                      607 *sindeg(2 * $D + 0 * $M + 0 * $Mp - 3 * $F ) +
 551                      596 *sindeg(2 * $D + 0 * $M + 2 * $Mp - 1 * $F ) +
 552                      491 *sindeg(2 * $D - 1 * $M + 1 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 553                     -451 *sindeg(2 * $D + 0 * $M - 2 * $Mp + 1 * $F ) +
 554                      439 *sindeg(0 * $D + 0 * $M + 3 * $Mp - 1 * $F ) +
 555                      422 *sindeg(2 * $D + 0 * $M + 2 * $Mp + 1 * $F ) +
 556                      421 *sindeg(2 * $D + 0 * $M - 3 * $Mp - 1 * $F ) +
 557                     -366 *sindeg(2 * $D + 1 * $M - 1 * $Mp + 1 * $F )*$E +
 558                     -351 *sindeg(2 * $D + 1 * $M + 0 * $Mp + 1 * $F )*$E +
 559                      331 *sindeg(4 * $D + 0 * $M + 0 * $Mp + 1 * $F ) +
 560                      315 *sindeg(2 * $D - 1 * $M + 1 * $Mp + 1 * $F )*$E +
 561                      302 *sindeg(2 * $D - 2 * $M + 0 * $Mp - 1 * $F )*$E*$E +
 562                     -283 *sindeg(0 * $D + 0 * $M + 1 * $Mp + 3 * $F ) +
 563                     -229 *sindeg(2 * $D + 1 * $M + 1 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 564                      223 *sindeg(1 * $D + 1 * $M + 0 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 565                      223 *sindeg(1 * $D + 1 * $M + 0 * $Mp + 1 * $F )*$E +
 566                     -220 *sindeg(0 * $D + 1 * $M - 2 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 567                     -220 *sindeg(2 * $D + 1 * $M - 1 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 568                     -185 *sindeg(1 * $D + 0 * $M + 1 * $Mp + 1 * $F ) +
 569                      181 *sindeg(2 * $D - 1 * $M - 2 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 570                     -177 *sindeg(0 * $D + 1 * $M + 2 * $Mp + 1 * $F )*$E +
 571                      176 *sindeg(4 * $D + 0 * $M - 2 * $Mp - 1 * $F ) +
 572                      166 *sindeg(4 * $D - 1 * $M - 1 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 573                     -164 *sindeg(1 * $D + 0 * $M + 1 * $Mp - 1 * $F ) +
 574                      132 *sindeg(4 * $D + 0 * $M + 1 * $Mp - 1 * $F ) +
 575                     -119 *sindeg(1 * $D + 0 * $M - 1 * $Mp - 1 * $F ) +
 576                      115 *sindeg(4 * $D - 1 * $M + 0 * $Mp - 1 * $F )*$E +
 577                      107 *sindeg(2 * $D - 2 * $M + 0 * $Mp + 1 * $F )*$E*$E
 578                    -2235 *sindeg($Lp) + 382*sindeg($A3) +
 579                      175 *sindeg($A1-$F) + 175*sindeg($A1+$F) +
 580                      127 *sindeg($Lp-$Mp) - 115*sindeg($Lp+$Mp);
 581
 582         my $lambda=$Lp+$Sl/1000000.;
 583
 584         my $beta=$Sb/1000000.;
 585
 586         my $distance=385000.56 + $Sr/1000.;
 587
 588         my $epsilon = 23+26./60.+21.448/(60.*60.);
 589
 590         my $alpha=atan2(cosdeg($epsilon)*sindeg($lambda)-tandeg($beta)*sindeg($epsilon),cosdeg($lambda))*$r2d;
 591         $alpha = reduce_angle_to_360($alpha);
 592
 593         my $delta=asin(cosdeg($beta)*sindeg($epsilon)*sindeg($lambda)+sindeg($beta)*cosdeg($epsilon))*$r2d;
 594         $delta = reduce_angle_to_360($delta);
 595
 596 # $phase will be the "moon phase angle" from p. 346 of Meeus' book...
 597         my $phase=180.0 - $D - 6.289 *sindeg($Mp)
 598                                 + 2.100 *sindeg($M)
 599                                 - 1.274 *sindeg(2.*$D - $Mp)
 600                                 - 0.658 *sindeg(2.*$D)
 601                                 - 0.214 *sindeg(2.*$Mp)
 602                                 - 0.110 *sindeg($D);
 603
 604 # $illum_frac is the fraction of the disk that is illuminated, and will be
 605 # zero at new moon and 1.0 at full moon.
 606
 607         my $illum_frac = (1.0 + cosdeg( $phase ))/2.;
 608
 609         return ($alpha,$delta,$distance,$illum_frac);
 610 }
 611
 612 sub get_sun_alpha_delta
 613 {
 614 #
 615 # Calculate Sun's right ascension and declination
 616 #
 617         my $tt = shift;
 618
 619         my $L0 = 280.46646+36000.76983*$tt+0.0003032*($tt^2);
 620         $L0=reduce_angle_to_360($L0);
 621
 622         my $M = 357.52911 + 35999.05029*$tt-0.0001537*($tt^2);
 623         $M=reduce_angle_to_360($M);
 624
 625         my $C = (1.914602 - 0.004817*$tt-0.000014*($tt^2))*sindeg($M) +
 626                 (0.019993 - 0.000101*$tt)*sindeg(2*$M) +
 627                 0.000289*sindeg(3*$M);
 628
 629         my $OMEGA = 125.04 - 1934.136*$tt;
 630
 631         my $lambda=$L0+$C-0.00569-0.00478*sindeg($OMEGA);
 632
 633         my $epsilon = 23+26./60.+21.448/(60.*60.);
 634
 635         my $alpha=atan2(cosdeg($epsilon)*sindeg($lambda),cosdeg($lambda))*$r2d;
 636         $alpha = reduce_angle_to_360($alpha);
 637
 638         my $delta=asin(sin($epsilon*$d2r)*sin($lambda*$d2r))*$r2d;
 639         $delta = reduce_angle_to_360($delta);
 640
 641         return ($alpha,$delta);
 642 }
 643 sub get_satellite_pos
 644 {
 645 #
 646 # This code was translated more-or-less directly from the Pascal
 647 # routines contained in a report compiled by TS Kelso and based on:
 648 # Spacetrack Report No. 3
 649 # "Models for Propagation of NORAD Element Sets"
 650 # Felix R. Hoots, Ronald L Roehrich
 651 # December 1980
 652 #
 653 # See TS Kelso's web site for more details...
 654 # Only the SGP propagation model is implemented.
 655 #
 656 # Steve Franke, K9AN.   9 Dec 1999.
 657
 658 #
 659 #NOAA 15
 660 #1 25338U 98030A   99341.00000000 +.00000376 +00000-0 +18612-3 0 05978
 661 #2 25338 098.6601 008.2003 0011401 112.4684 042.5140 14.23047277081382
 662 #TDRS 5
 663 #1 21639U 91054B   99341.34471854  .00000095  00000-0  10000-3 0  4928
 664 #2 21639   1.5957  88.4884 0003028 161.6582 135.4323  1.00277774 30562
 665 #OSCAR 16 (PACSAT)
 666 #1 20439U 90005D   99341.14501399 +.00000343 +00000-0 +14841-3 0 02859
 667 #2 20439 098.4690 055.0032 0012163 066.4615 293.7842 14.30320285515297
 668 #
 669 #Temporary keps database...
 670 #
 671         my $jtime = shift;
 672         my $lat = shift;
 673         my $lon = shift;
 674         my $alt = shift;
 675         my $satname = shift;
 676         my $sat_ref = $keps{$satname};
 677 #printf("$jtime $lat $lon $alt Satellite name = $satname\n");
 678
 679         my $qo=120;
 680         my $so=78;
 681         my $xj2=1.082616e-3;
 682         my $xj3=-.253881e-5;
 683         my $xj4=-1.65597e-6;
 684         my $xke=.743669161e-1;
 685         my $xkmper=6378.135;
 686         my $xmnpda=1440.;
 687         my $ae=1.;
 688         my $ck2=.5*$xj2*$ae**2;
 689         my $ck4=-.375*$xj4*$ae**4;
 690         my $qoms2t=(($qo-$so)*$ae/$xkmper)**4;
 691         my $s=$ae*(1+$so/$xkmper);
 692
 693         my $epoch = $sat_ref ->{epoch};
 694 #printf("epoch = %10.2f\n",$epoch);
 695         my $jt_epoch=Julian_Date_of_Epoch($epoch);
 696 #printf("JT for epoch = %17.12f\n",$jt_epoch);
 697         my $tsince=($jtime-$jt_epoch)*24*60;
 698 #printf("tsince (min) = %17.12f\n",$tsince);
 699
 700         my $mm1 = $sat_ref ->{mm1};
 701         my $mm2 = $sat_ref ->{mm2};
 702         my $bstar=$sat_ref ->{bstar};             # drag term for sgp4 model
 703         my $inclination=$sat_ref->{inclination};  # inclination in degrees
 704         my $raan=$sat_ref->{raan};                # right ascension of ascending node in degs
 705         my $eccentricity=$sat_ref ->{eccentricity};  # eccentricity - dimensionless
 706         my $omegao=$sat_ref ->{argperigee};          # argument of perigee in degs
 707         my $xmo=$sat_ref ->{meananomaly};            # mean anomaly in degrees
 708         my $xno=$sat_ref ->{meanmotion};             # mean motion in revs per day
 709
 710 #printf("%10.6f %10.6f %10.6f %10.6f %10.6f %10.6f %10.6f %10.6f %10.6f\n",
 711 #$mm1,$mm2,$bstar,$inclination,$raan,$eccentricity,$omegao,$xmo,$xno);
 712         $raan=$raan*$d2r;
 713         $omegao=$omegao*$d2r;
 714         $xmo=$xmo*$d2r;
 715         $inclination=$inclination*$d2r;
 716         my $temp=2*$pi/$xmnpda/$xmnpda;
 717         $xno=$xno*$temp*$xmnpda;
 718         $mm1=$mm1*$temp;
 719         $mm2=$mm2*$temp/$xmnpda;
 720
 721         my $c1=$ck2*1.5;
 722         my $c2=$ck2/4.0;
 723         my $c3=$ck2/2.0;
 724         my $c4=$xj3*$ae**3/(4*$ck2);
 725         my $cosio=cos($inclination);
 726         my $sinio=sin($inclination);
 727         my $a1=($xke/$xno)**(2./3.);
 728         my $d1=$c1/$a1/$a1*(3*$cosio*$cosio-1)/(1-$eccentricity*$eccentricity)**1.5;
 729         my $ao=$a1*(1-1./3.*$d1-$d1*$d1-134./81.*$d1*$d1*$d1);
 730         my $po=$ao*(1-$eccentricity*$eccentricity);
 731         $qo=$ao*(1-$eccentricity);
 732         my $xlo=$xmo+$omegao+$raan;
 733         my $d10=$c3*$sinio*$sinio;
 734         my $d20=$c2*(7.*$cosio*$cosio-1);
 735         my $d30=$c1*$cosio;
 736         my $d40=$d30*$sinio;
 737         my $po2no=$xno/($po*$po);
 738         my $omgdt=$c1*$po2no*(5.*$cosio*$cosio-1);
 739         my $xnodot=-2.*$d30*$po2no;
 740         my $c5=0.5*$c4*$sinio*(3+5*$cosio)/(1+$cosio);
 741         my $c6=$c4*$sinio;
 742
 743         my $a=$xno+(2*$mm1+3*$mm2*$tsince)*$tsince;
 744         $a=$ao*($xno/$a)**(2./3.);
 745         my $e=1e-6;
 746         $e =1-$qo/$a if ($a > $qo);
 747         my $p=$a*(1-$e*$e);
 748         my $xnodes=$raan+$xnodot*$tsince;
 749         my $omgas=$omegao+$omgdt*$tsince;
 750         my $xls=mod2p($xlo+($xno+$omgdt+$xnodot+($mm1+$mm2*$tsince)*$tsince)*$tsince);
 751
 752         my $axnsl=$e*cos($omgas);
 753         my $aynsl=$e*sin($omgas)-$c6/$p;
 754         my $xl=mod2p($xls-$c5/$p*$axnsl);
 755
 756         my $u=mod2p($xl-$xnodes);
 757         my $item3;
 758         my $eo1=$u;
 759         my $tem5=1;
 760         my $coseo1=0;
 761         my $sineo1=0;
 762         for ($item3=0; abs($tem5) >= 1e-6 && $item3 < 10; $item3++ )
 763         {
 764                 $sineo1=sin($eo1);
 765                 $coseo1=cos($eo1);
 766                 $tem5=1-$coseo1*$axnsl-$sineo1*$aynsl;
 767                 $tem5=($u-$aynsl*$coseo1+$axnsl*$sineo1-$eo1)/$tem5;
 768                 my $tem2=abs($tem5);
 769                 $tem5=$tem2/$tem5 if ($tem2 > 1);
 770                 $eo1=$eo1+$tem5;
 771         }
 772
 773         $sineo1=sin($eo1);
 774         $coseo1=cos($eo1);
 775         my $ecose=$axnsl*$coseo1+$aynsl*$sineo1;
 776         my $esine=$axnsl*$sineo1-$aynsl*$coseo1;
 777         my $el2=$axnsl*$axnsl+$aynsl*$aynsl;
 778         my $pl=$a*(1-$el2);
 779         my $pl2=$pl*$pl;
 780         my $r=$a*(1-$ecose);
 781         my $rdot=$xke*sqrt($a)/$r*$esine;
 782         my $rvdot=$xke*sqrt($pl)/$r;
 783         $temp=$esine/(1+sqrt(1-$el2));
 784         my $sinu=$a/$r*($sineo1-$aynsl-$axnsl*$temp);
 785         my $cosu=$a/$r*($coseo1-$axnsl+$aynsl*$temp);
 786         my $su=atan2($sinu,$cosu);
 787
 788         my $sin2u=($cosu+$cosu)*$sinu;
 789         my $cos2u=1-2*$sinu*$sinu;
 790         my $rk=$r+$d10/$pl*$cos2u;
 791         my $uk=$su-$d20/$pl2*$sin2u;
 792         my $xnodek=$xnodes+$d30*$sin2u/$pl2;
 793         my $xinck=$inclination+$d40/$pl2*$cos2u;
 794
 795         my $sinuk=sin($uk);
 796         my $cosuk=cos($uk);
 797         my $sinnok=sin($xnodek);
 798         my $cosnok=cos($xnodek);
 799         my $sinik=sin($xinck);
 800         my $cosik=cos($xinck);
 801         my $xmx=-$sinnok*$cosik;
 802         my $xmy=$cosnok*$cosik;
 803         my $ux=$xmx*$sinuk+$cosnok*$cosuk;
 804         my $uy=$xmy*$sinuk+$sinnok*$cosuk;
 805         my $uz=$sinik*$sinuk;
 806         my $vx=$xmx*$cosuk-$cosnok*$sinuk;
 807         my $vy=$xmy*$cosuk-$sinnok*$sinuk;
 808         my $vz=$sinik*$cosuk;
 809
 810         my $x=$rk*$ux*$xkmper/$ae;
 811         my $y=$rk*$uy*$xkmper/$ae;
 812         my $z=$rk*$uz*$xkmper/$ae;
 813         my $xdot=$rdot*$ux;
 814         my $ydot=$rdot*$uy;
 815         my $zdot=$rdot*$uz;
 816         $xdot=($rvdot*$vx+$xdot)*$xkmper/$ae*$xmnpda/86400;
 817         $ydot=($rvdot*$vy+$ydot)*$xkmper/$ae*$xmnpda/86400;
 818         $zdot=($rvdot*$vz+$zdot)*$xkmper/$ae*$xmnpda/86400;
 819 #printf("x=%17.6f y=%17.6f z=%17.6f \n",$x,$y,$z);
 820 #printf("xdot=%17.6f ydot=%17.6f zdot=%17.6f \n",$xdot,$ydot,$zdot);
 821         my ($sat_lat,$sat_lon,$sat_alt,$sat_theta)=Calculate_LatLonAlt($x,$y,$z,$jtime);
 822         my ($az, $el, $distance) = Calculate_Obs($x,$y,$z,$sat_theta,$xdot,$ydot,$zdot,$jtime,$lat,$lon,$alt);
 823         return ($sat_lat,$sat_lon,$sat_alt,$az,$el,$distance);
 824 }
 825
 826 sub Calculate_LatLonAlt
 827 {
 828 #
 829 # convert from ECI coordinates to latitude, longitude and altitude.
 830 #
 831         my $x=shift;
 832         my $y=shift;
 833         my $z=shift;
 834         my $time=shift;
 835
 836         my $theta=atan2($y,$x);
 837         my $lon=mod2p($theta-ThetaG_JD($time));
 838         my $range=sqrt($x**2+$y**2);
 839         my $f=1/298.26;      # earth flattening constant
 840         my $e2=$f*(2-$f);
 841         my $xkmper=6378.135;
 842         my $lat=atan2($z,$range);
 843         my ($phi,$c);
 844         do
 845         {
 846                 $phi=$lat;
 847                 $c=1/sqrt(1-$e2*sin($phi)**2);
 848                 $lat=atan2($z+$xkmper*$c*$e2*sin($phi),$range);
 849         } until abs($lat-$phi) < 1e-10;
 850         my $alt=$range/cos($lat)-$xkmper*$c;
 851         return ($lat,$lon,$alt,$theta); # radians and kilometers
 852
 853 }
 854
 855 sub Calculate_User_PosVel
 856 {
 857 # change from lat/lon/alt/time coordinates to earth centered inertial (ECI)
 858 # position and local hour angle.
 859         my $lat=shift;
 860         my $lon=shift;
 861         my $alt=shift;
 862         my $time=shift;
 863         my $theta=mod2p(ThetaG_JD($time)+$lon);
 864         my $omega_E=1.00273790934; # earth rotations per sidereal day
 865         my $secday=86400;
 866         my $mfactor=2*$pi*$omega_E/$secday;
 867         my $f=1/298.26;      # earth flattening constant
 868         my $xkmper=6378.135;
 869         my $c=1/sqrt(1+$f*($f-2)*sin($lat)**2);
 870         my $s=(1-$f)*(1-$f)*$c;
 871         my $achcp=($xkmper*$c+$alt)*cos($lat);
 872         my $x_user=$achcp*cos($theta);
 873         my $y_user=$achcp*sin($theta);
 874         my $z_user=($xkmper*$s+$alt)*sin($lat);
 875         my $xdot_user=-$mfactor*$y_user;
 876         my $ydot_user=$mfactor*$x_user;
 877         my $zdot_user=0;
 878         return ($x_user,$y_user,$z_user,$xdot_user,$ydot_user,$zdot_user,$theta);
 879 }
 880 sub Calculate_Obs
 881 {
 882 # calculate the azimuth/el of an object as viewed from observers position
 883 # with object position given in ECI coordinates and observer in lat/long/alt.
 884 #
 885 # inputs:       object ECI position vector (km)
 886 #               object velocity vector (km/s)
 887 #               julian time
 888 #               observer lat,lon,altitude (km)
 889         my $x=shift;
 890         my $y=shift;
 891         my $z=shift;
 892         my $theta_s=shift;
 893         my $xdot=shift;
 894         my $ydot=shift;
 895         my $zdot=shift;
 896         my $time=shift;
 897         my $lat=shift;
 898         my $lon=shift;
 899         my $alt=shift;
 900
 901         my ($x_o,$y_o,$z_o,$xdot_o,$ydot_o,$zdot_o,$theta)=
 902                 Calculate_User_PosVel($lat,$lon,$alt,$time);
 903         my $xx=$x-$x_o;
 904         my $yy=$y-$y_o;
 905         my $zz=$z-$z_o;
 906         my $xxdot=$xdot-$xdot_o;
 907         my $yydot=$ydot-$ydot_o;
 908         my $zzdot=$zdot-$zdot_o;
 909
 910         my $sin_lat=sin($lat);
 911         my $cos_lat=cos($lat);
 912         my $sin_theta=sin($theta);
 913         my $cos_theta=cos($theta);
 914
 915         my $top_s=$sin_lat*$cos_theta*$xx
 916                 + $sin_lat*$sin_theta*$yy
 917                 - $cos_lat*$zz;
 918
 919         my $top_e=-$sin_theta*$xx
 920                 + $cos_theta*$yy;
 921
 922         my $top_z=$cos_lat*$cos_theta*$xx
 923                 + $cos_lat*$sin_theta*$yy
 924                 + $sin_lat*$zz;
 925
 926         my $az=atan(-$top_e/$top_s);
 927         $az=$az+$pi if ( $top_s > 0 );
 928         $az=$az+2*$pi if ( $az < 0 );
 929
 930         my $range=sqrt($xx*$xx+$yy*$yy+$zz*$zz);
 931         my $el=asin($top_z/$range);
 932         return ($az, $el, $range);
 933 }
 934
 935 sub Calendar_date_and_time_from_JD
 936 {
 937         my ($jd,$z,$frac,$alpha,$a,$b,$c,$d,$e,$dom,$yr,$mon,$day,$hr,$min);
 938         $jd=shift;
 939         $jd=$jd+0.5;
 940         $z=int($jd);
 941         $frac=$jd-$z;
 942         $alpha = int( ($z-1867216.5)/36524.25 );
 943         $a=$z + 1 + $alpha - int($alpha/4);
 944         $a=$z if( $z < 2299161 );
 945         $b=$a+1524;
 946         $c=int(($b-122.1)/365.25);
 947         $d=int(365.25*$c);
 948         $e=int(($b-$d)/30.6001);
 949         $dom=$b-$d-int(30.6001*$e)+$frac;
 950         $day=int($dom);
 951         $mon=$e-1 if( $e < 14 );
 952         $mon=$e-13 if( $e == 14 || $e == 15 );
 953         $yr = $c-4716 if( $mon > 2 );
 954         $yr = $c-4715 if( $mon == 1 || $mon == 2 );
 955         $hr = int($frac*24);
 956         $min= int(($frac*24 - $hr)*60+0.5);
 957         if ($min == 60) {   # this may well prove inadequate DJK
 958                 $hr += 1;
 959                 $min = 0;
 960         }
 961         return ($yr,$mon,$day,$hr,$min);
 962 }
 963
 964
 965