第二章 坐標系,運動學和地球


2.1坐標系

導航作為一門科學,描述了物體的位置、方向和運動。

對無線電定位設備,無線電信號理論到達點,即天線的相位中心,是合適的原點。一組航位推算傳感器敏感軸的交點也是一個合適的原點。

物體或參考系的原點和軸系一起構成了坐標系,當軸系間相互垂直時,坐標系是正交的並且有6個自由度:原點o的位置和x、y和z三個軸的方向,而這6個自由度只能在另外一個為之定義的坐標系中才能表示;

任何導航問題至少包括兩個坐標系:一個載體坐標系和一個參考坐標系

任何兩個坐標系之間也可能存在相對方位,這里稱為姿態。

2.1.1 地心慣性坐標系

在物理學上,慣性坐標系是指相對於宇宙的其他部分而言沒有加速度和轉動的坐標系。

地心慣性坐標系(Earth-centered inertial frame,ECI)是以地球質心為中心,以地球自轉軸和恆星方向為坐標軸的坐標系,用符號i表示。嚴格來講,這不是真正的慣性坐標系,因為地球在圍繞太陽旋轉的軌道上有加速度,它的旋轉軸在緩慢地移動,而且整個銀河系也是旋轉的。但它影響很小,實際應用而言,可以認為是真的慣性坐標系。

旋轉方向表示地球相對於宇宙的自轉方向。z軸是地球的自轉軸,從地心指向北極(非磁北)。x軸和y軸在赤道平面內,x軸和y軸不隨地球旋轉。

要定義完整的坐標系,還需要指定:慣性系的軸向在什么時刻與地心地固坐標系(ECEF)軸向重合????。有三種解決方法:

一是在導航解算初始化時,簡單地將兩個坐標系的坐標軸重合;

二是在子夜(零時)對准坐標系的軸向,但需要注意到

 

 

 


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