### 地理坐标系
北东地。北为X轴、东为Y轴、地为Z轴。
地面坐标系(earth-surface inertial reference frame)
①在地面上选一点Og
②使xg轴在水平面内并指向某一方向
③zg轴垂直于地面并指向地心
④yg轴在水平面内垂直于xg轴,其指向按右手定则确定
机体坐标系(Aircraft-body coordinate frame)
①原点O取在飞机质心处,坐标系与飞机固连
②x轴在飞机对称平面内并平行于飞机的设计轴线指向机头
③y轴垂直于飞机对称平面指向机身右方
④z轴在飞机对称平面内,与x轴垂直并指向机身下方
姿态角(Euler角):机体坐标系与地面坐标系的关系是三个Euler角:yaw,pitch,roll,
反应了飞机相对地面的姿态。
我的理解是,roll角是Zb在ZOY平面与Z轴的夹角。pitch角是Zb在ZOX平面与Z轴的夹角。yaw角是Xb在XOY平面与X轴的夹角。
roll(横滚角)ϕ:飞机对称平面与通过飞机机体纵轴的铅垂平面间的夹角,右滚为正;
pitch(俯仰角)θ:机体轴与地平面(水平面 )之间的夹角,飞机抬头为正;
yaw(偏航角)ψ:机体轴在水平面上的投影与地轴之间的夹角,以机头右偏为正。
旋转矩阵:地理坐标系到机体坐标系的转换矩阵。旋转矩阵为正交阵,逆即转置。
传感器:都是基于机体坐标系的。加速度计测三轴的加速度,磁力计测三轴的磁感应强度,陀螺仪测三轴的角速度。注意角速度的定义,方向是沿着三轴的。得到姿态角主要靠陀螺仪测得的角速度积分,但存在漂移误差,因此要用加速度计和磁力计随时校正。
很重要的:在地理坐标系下,重力加速度坐标始终为(0,0,1g),磁场坐标为(M,0,D)。在地球表面,磁场始终是沿着磁感应线指北的,某点的磁场强度为磁感应线在该点的切线,它在北方有个分量,在垂直方向有个分量,在Y轴是没有分量的,即(M,0,D)。这里还有一点,地理的北极和磁场的北极是不重合的,有一定的夹角,即磁偏角。根据经纬度是可以查到这个夹角的大小的。我们定义的地理坐标系的北当然是地理的北。但用磁力计求得实际是Xb与地磁的北的夹角,我们最后会加上磁偏角,这样就是Xb与地理北的夹角了,就是真正的航向角啦。
惯性坐标系
地心惯性坐标系(earth-centered inertial frame, ECI)