其他坐标系介绍

在导航领域,其他常用坐标系包括游动方位坐标系、载体坐标系、地心坐标系、切平面坐标系和惯性仪表坐标系等。此外,在研究制导弹药的导航问题时,还需要建立发射坐标系。

2.2.5.1　游动方位坐标系

游动方位坐标系(w系)是当地地理坐标系的变形。当载体在地球表面运动时,当地地理坐标系也在不断转动,以保证它的y轴始终指向北。因此,当载体运动到高纬度地区时,当地地理坐标系需要以更高的旋转速率绕z轴转动,极限情况下,当载体直接穿越极点时,转动速率将变得无穷大。为了避免载体穿越极点造成游动方位坐标系相对地球方位的不连续性,就建立了游动方位坐标系。

游动方位坐标系的原点和z轴与当地地理坐标系一致,而x轴和y轴分别从东向和北向转过了角度ψnw(游动方位角),游动方位角随载体相对地球的变化而变化。如图2.9所示,该游动方位角已知,因此游动方位坐标系与当地地理坐标系之间可以直接转换,其转换关系将在2.4节给出,参见式(2.115)。

2.2.5.2　载体坐标系

载体坐标系(b系)是固连于载体的参考坐标系,记为OxbOybOzb。载体坐标系的原点固定在载体的几何中心；x轴指向载体右侧；z轴在载体的纵向对称面内,并指向载体的上方；y轴在载体的纵向对称面内,并指向载体的头部。

图2.9　游动方位坐标系

2.2.5.3　地心坐标系(www.xing528.com)

地心坐标系(c系)是当地地理坐标系的一种变形,记为OxcOycOzc。地心坐标系的原点与当地地理坐标系的定义相同,z轴从原点指向地心,x轴在与z轴垂直的平面内指向北极的方向。

2.2.5.4　切平面坐标系

切平面坐标系是地球固定坐标系。切平面是与大地参考椭球面相切的平面,切点为切平面坐标系的原点,x轴和y轴分别指北向和东向,z轴指向地球内部并垂直于椭球面。

2.2.5.5　发射坐标系

发射坐标系常用于描述炮弹等载体在发射过程中的导航参数。发射坐标系的原点是发射点在大地水准面上的投影点,x轴为弹道面和水平面的交线,射向为正,y轴铅直向上。发射坐标系定义为OxFyFzF,如图2.10所示。

图2.10　发射坐标系

2.2.5.6　惯性仪表坐标系

惯性传感器的敏感轴构成的坐标系称为惯性仪表坐标系。对于大多数惯性传感器单元,仪表的敏感轴与载体坐标系一致。而在实际情况下,由于存在安装误差(失准角),因此惯性仪表(陀螺仪和加速度计)坐标系相互之间,或者与载体坐标系之间不完全一致。并且,惯性仪表坐标系各坐标轴之间不可能完全正交。辨识惯性仪表坐标系与载体坐标系之间的失准角矩阵是惯性测量组合标校过程的主要目的。