常用坐标系的定义

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图3-2-1列出惯性坐标系、地球坐标系、当地地理坐标系三种坐标系之间的关系示意图。

图3-2-1 参考坐标系

1.惯性坐标系(i系)

惯性坐标系是描述惯性空间的一种坐标系,在惯性坐标系中,牛顿定律所描述的力与运动之间的关系是完全独立的。航空重力测量通常使用地球中心惯性坐标系,即坐标原点0i位于地心,xi轴和yi轴在地球赤道平面内,xi轴指向春分点,yi轴垂直地球极轴,zi与平均地球自转轴重合,yi与xi和zi构成右手坐标系。

2.地球坐标系(e系)

坐标原点0e位于地心,xe轴和ye轴在赤道平面内,xe轴指向零子午线(格林尼治经线),ye轴指向东经90°,ze轴沿地球极轴指向北极,ye与xe和ze构成右手坐标系。

地球中心惯性坐标系和地球坐标系的原点均为地心,随地球一起平移。区别在于后者与地球固联,随地球转动;而前者的坐标轴不随地球转动,指向相对惯性空间不变。地球上任一固定点在地球坐标系中的坐标是固定的,但在地球中心惯性坐标系中是变化的。地球坐标系相对惯性坐标系的转动角速度就是地球自转速度ω。

3.当地地理坐标系(n系)

也称为导航坐标系,坐标原点0n位于仪器中心,yn沿参考椭球子午圈方向指向北,xn沿参考椭球卯酉圈方向指向东,zn沿参考椭球法线方向指向天向。

4.载体坐标系(b系)

坐标原点0b位于载体质心,yb沿载体纵轴方向指向前,xb沿载体横轴方向指向右,zb轴沿载体竖轴向上,zb与xb和yb构成右手坐标系。

载体坐标系是与载体固联的直角坐标系。惯性导航系统的载体可以是舰船、飞机、火箭等,这里以飞机坐标系为例说明载体坐标系的定义。飞机坐标系的yb轴在飞机平面内指向机头方向,xb轴在平面内指向飞机右舷,zb轴垂直于平面指向天顶(图3-2-2)。若能获知当地正北、正东的准确指向,即获知当地地理坐标系的准确指向的话,根据飞机坐标系与地理坐标系的角度关系就可以确定飞机的姿态角,即航向角、侧滚角和俯仰角。

图3-2-2 载体坐标系

图3-2-3 地球直角坐标系0xeyeze相对惯性坐标系的转动




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