飞行器导航、制导与控制 第2课 导航控制与坐标系统.ppt

导航控制与坐标系统
《飞行器导航、制导与控制》第二次课
孙文达
航空领域的坐标系统
航空领域所涉及的坐标系统很多,可分为多种类型,并涉及如下的一些概念:
1、空固坐标系、地固坐标系;
天球坐标系,地心地固直角坐标系
2、地心坐标系、参心坐标系、站心坐标系;
其原点分别为地球质量中心,地球参考椭球的几何中心,地面上固定的点
3、空间直角坐标系、球面坐标系、大地坐标系(地理坐标系);
4、瞬时坐标系、协议坐标系;
地球旋转轴的变化与地球质心的不确定
5、地面坐标系,载体坐标系、导航坐标系、传感器坐标系。
地面坐标系(也称地轴系)往往是法线站心坐标系,载体坐标系(也称体轴系)与飞行器固连,导航坐标系随飞行器移动但坐标轴方向与地面坐标系一致,传感器坐标系与传感器的安装有关。
GPS系统,GLONASS系统,WGS84坐标系,北京54坐标系,西安80坐标系,高斯投影
空固坐标系之天球坐标系
主要的坐标系统
在飞行器的导航、制导、控制等领域,使用的坐标系统有很多,其中较为常用的有:
地心地固直角坐标系
大地坐标系
站心北东地坐标系
导航北东地坐标系
载体坐标系
传感器坐标系
前面三个坐标系用于飞行器的定位,后三个用于飞行器的导航与控制。
一、飞行器定位的坐标系统
地固地心坐标系(ECEF coordinates)
此图以GPS系统所采用的WGS 84椭球系为例
协议地极、极移
协议地球坐标系与瞬时地球坐标系
补充知识 地极的移动
一、飞行器定位的坐标系统
又称为地理坐标系(Geographic coordinate system)
以经度λ(或L)、纬度(或B)、大地高H来表示一个点的坐标
地理纬度
地心纬度
天文纬度
站心赤道坐标系与站心地平坐标系
站心北东地坐标系为右手系,常用的还有东北天、北东地等坐标系统。
站心北东地坐标系o-xyz
一、飞行器定位的坐标系统
一、飞行器定位的坐标系统
主要参数
WGS-84椭球体
a
6 378 000 000 0(m)
b
6 356 2(m)
c
6 399 8(m)
α(f)
1/ 223 563
e2
694 379 901 3
e’2
739 496 742 27
一、飞行器定位的坐标系统
名称
定义
代号与说明
子午面meridian plane
亦称经纬面,通过地轴的任意平面
PFP1-面
子午圈meridian
亦称经线,子午面与椭球面的交线
PFP1-线
首子午面
亦称起始经线面,通过格林威治天文台中心的子午圈
PEP1E1-面
首子午圈
亦称起始经线,通过格林威治天文台中心的子午圈
PEP1E1-线
法线
垂直于椭球面某点的切面的直线,一般不交于地心
AL线
法截面normal section
包含法线的一切平面
AWQ面
卯酉面
与子午面垂直的法截面
AQGW面
卯酉圈prime vertical
卯酉面与椭球面的交线
AQGW线
大地纬度geodetic latitude
椭球面上的法线与赤道面的交角,赤道的纬度为0°,北极点为+90°,南极点为-90°
大地测量中用符号B
大地经度geodetic longitude
首子午面与某点子午面所构成的两面角,首子午圈以东为东经,以西为西经
λ大地测量中用符号L
长半轴
长地心到赤道的距离
a
短半轴
从地心到地极的距离
b
扁率
长短半轴之差与长半轴之比f=(a-b)/a
f(或表示为α)