关于航空航天坐标系统
基本的坐标系统概念
坐标系统允许您跟踪飞机或宇宙飞船在太空中位置和姿态。航空航天Blockset™坐标系统是基于这些基础概念从大地测量学,天文学和物理学。
定义
blockset使用右撇子(RH)笛卡儿坐标系统。右手法则建立了x- - - - - -y- - - - - -z坐标轴的序列。
一个惯性坐标系是一个nonaccelerating运动参考系。在一个惯性坐标系中,牛顿第二定律是适用的:力=质量x加速度。松说,加速度的定义对遥远的宇宙,和一个惯性坐标系,常常被说成是无加速度的恒星。因为地球和星星移动非常缓慢,彼此尊重,这种假设是一个非常精确的近似。
严格定义,一个惯性坐标系属于所有帧没有加速的集合相对于另一个。一个非惯性坐标系是任何坐标系相对于惯性坐标系的加速。其加速度,一般来说,包括平移和旋转组件,导致pseudoforces(pseudogravity,以及科里奥利和离心力)。
blockset模型(地球的形状大地水准面)作为一个扁球,一种特殊类型的椭球体和两个长轴相等(定义赤道平面)和第三,略短的(地极的)对称轴。赤道是地球赤道平面的交点和表面。地球表面的地理极点交叉和地极的轴。一般来说,地球地极的和转动轴不相同。
纬度赤道平行。经度地极的轴平行。的零经度或本初子午线经过格林威治,英格兰。
近似
blockset使三个标准近似定义坐标系相对于地球。
地球表面或大地水准面是一个扁球体,由其定义长赤道和短地极的轴。事实上,地球是稍微变形对标准的大地水准面。
地球旋转轴和赤道平面垂直,这样旋转和地极的轴是一样的。在现实中,这些轴略有偏差,由于地球自转赤道平面波动。在很多应用程序中这种影响可以忽略不计。
固地坐标中唯一的非惯性效应是由于地球绕轴旋转。这是一个旋转,地心系统。加速度blockset忽略了地球绕太阳,太阳星系的加速度,通过宇宙星系的加速度。在大多数应用程序中,只有地球自转才是最重要的。
这个近似必须改变航天器送入太空深处,如月系统外,和日心系统者优先。
运动对其他行星
blockset使用标准wgs - 84大地水准面模型。你可以改变赤道轴长度,压扁,旋转速度。
你可以代表航天器的运动对任何天体的近似值,扁球通过改变球体大小,压扁,旋转速度。如果天体旋转向西(逆行),使旋转速度为负。
坐标系统的建模
模型飞机和宇宙飞船是简单的如果你使用一个坐标系统固定在身体本身。向前方向的飞机,被修改的风,通过空气和工艺运动并不等同于它的运动相对于地面。
看到运动方程详情如何blockset实现身体和风力坐标。
身体坐标
非惯性体坐标系是固定的起源和方向移动的工艺。工艺假定为刚性。
身体坐标轴的方向是固定的形状的身体。
的x通过工艺的鼻子设在点。
的y设在指向右边的x设在(面对飞行员的方向的视图),垂直于x设在。
的z设在点穿过飞船底部,垂直于xy飞机,满足了RH的规则。
平动自由度
翻译是由沿着这些轴的距离x,y,z从原点。
转动自由度
转动的欧拉角定义P,问,R或ΦΘΨ。它们是:
| P或Φ | 卷的x设在 |
| 问或Θ | 球场上的y设在 |
| R或Ψ | 偏航的z设在 |
除非另有指定,默认情况下,该软件使用ZYX为欧拉角旋转。
风坐标
风非惯性坐标系的原点固定在刚性飞机。相对于定义的坐标系统取向工艺速度V。
风坐标轴的方向是固定的速度V。
的x设在点的方向V。
的y设在指向右边的x设在(面对的方向V),垂直于x设在。
的z垂直于设在点xy飞机以任何方式需要满足RH规则的x- - -y相互重合。
平动自由度
翻译是由沿着这些轴的距离x,y,z从原点。
转动自由度
旋转由欧拉角定义Φ,γ,χ:
| Φ | 银行角度的x设在 |
| γ | 飞行路径的y设在 |
| χ | 航向角的z设在 |
除非另有指定,默认情况下,该软件使用ZYX为欧拉角旋转。
坐标系为导航
航空航天轨迹建模需要定位和定向飞机或飞船对地球旋转。导航坐标定义的中心和地球表面。
地心和大地纬度
的地心纬度λ在地球表面被定义为角度,∠半径矢量从地球中心到表面与赤道平面点。
的大地纬度µ地球表面上定义的角度认为表面法向量n和赤道平面。
NED坐标
north-east-down (NED)系统是一个非惯性系与它的起源固定在飞机或飞船重心。其轴沿着大地方向定义为面向地球表面。
的x点设在北地球体表面平行,在极地方向。
的y设在分东方大地水准面表面平行,沿着纬度曲线。
的z设在点向下,向地球表面,表面外法线反平行的n。
飞行在一个固定的高度意味着飞行在一个常数z在地球表面之上。
ECI坐标
地球惯性(ECI)系统是旋转。对于大多数应用程序来说,假设这个框架是惯性,虽然equinox和赤道平面移动非常小。ECI系统被认为是真正的惯性高精度轨道计算当赤道和equinox定义在一个特定时期(例如J2000)。航空功能和块用一个特定的实现ECI坐标系统提供信息的文档。ECI系统起源是固定在地球的中心(见图)。
的x设在指向春分(春分点♈)。
的y设在点90度的东部x设在在赤道平面上。
的z设在点沿着地球自转轴向北。
地球坐标
ECEF坐标
Earth-center,固地(ECEF)系统是地球非惯性和旋转。它的起源是固定在地球的中心(见图)。
的x′设在指向地球赤道平面的交集和格林威治子午线。
的y′设在点90度的东部x”设在在赤道平面上。
的z′设在点沿着地球自转轴向北。
坐标系统显示
几个显示与航空航天Blockset工具可供使用的产品。每个都有一个特定的坐标系统呈现运动。
MATLAB图形坐标
看到轴的外观关于MATLAB的更多信息®图形坐标轴。
MATLAB图形使用这个默认坐标轴方向:
的x设在屏幕的指出。
的y设在指向正确的。
的z设在点。
FlightGear坐标
FlightGear是一个开源、第三方飞行模拟器blockset支持的一个接口。金宝app
与飞行模拟器接口论述了FlightGear blockset接口。
请参阅FlightGear文档
www.flightgear.org为完成这个飞行模拟器的信息。
FlightGear坐标形成一个特殊的物体固定系统、旋转坐标系统的标准机构y设在-180度:
的x设在是正朝着后面的车辆。
的y设在是正对车辆的权利。
的z设在是积极向上的,例如,轮子通常是最低的z值。
AC3D坐标
AC3D是一种低成本、广泛使用,可以从几何编辑器https://www.inivis.com/。它的物体固定坐标是由反相身体坐标轴的三个标准:
的x设在是正朝着后面的车辆。
的y设在是积极向上的,例如,轮子通常是最低的y值。
的z设在是正面左边的车。
引用
[1]推荐的做法大气和空间飞行器坐标系r - 004 - 1992, ANSI /理论,1992年2月。
[2]罗杰斯,r·M。应用数学在组合导航系统中,张仁,莱斯顿,弗吉尼亚州,2000年。
[3]索贝尔,D。经度Walker &公司,纽约,1995年。
[4]史蒂文斯,b . L。f·l·刘易斯,飞机控制和仿真,第二版。飞机控制和仿真,Wiley-Interscience,纽约,2003年。
[5]汤森,w·T。介绍空间动态,约翰威利& Sons,纽约,1961 /多佛出版物,米尼奥拉,纽约,1986年。
