关于航空航天坐标系- MATLAB和Simulink - MathWorks瑞士

关于航空航天坐标系

基本坐标系概念

坐标系可以让你跟踪飞机或航天器在太空中的位置和方向。Aerospace Blockset™坐标系统是基于这些来自大地测量学、天文学和物理学的基本概念。

定义

blockset使用右撇子(RH)笛卡儿坐标系统。右手定则建立了x-y-z坐标轴的序列。

一个惯性坐标系是一个非加速运动参考系。在惯性系中，牛顿第二定律成立:力=质量x加速度。粗略地说，加速度是相对于遥远的宇宙来定义的，惯性系通常被认为是相对于固定的恒星不加速的。因为地球和恒星相对于彼此的运动非常缓慢，这个假设是一个非常精确的近似值。

严格地定义，惯性系是所有不相互加速的系的集合中的一个成员。非惯性系是任何相对于惯性系加速的系。它的加速度，在一般情况下，包括平动和旋转分量，导致pseudoforces（pseudogravity,还有科里奥利而且离心力）.

积木模型是地球的形状大地水准面)，这是一种特殊类型的椭球，具有两个相等的较长的轴(定义赤道平面)和第三条稍短的(地极的)对称轴。赤道是赤道平面与地球表面的交点。地理极是地球表面和地极轴的交点。一般来说，地球的地极和转轴是不相同的。

纬度与赤道平行。经度与地极轴平行。的零经度或本初子午线穿过英国的格林威治。

近似

该块集在定义相对于地球的坐标系时给出了三个标准近似值。

地球表面或大地水准面是一个扁圆球体，由其较长的赤道轴和较短的地极轴定义。在现实中，地球相对于标准大地水准面略有变形。
地球自转轴与赤道面垂直，因此自转轴与地极轴完全相同。在现实中，这些轴有轻微的偏差，赤道平面随着地球的旋转而摆动。这种影响在大多数应用中可以忽略不计。
在地球固定坐标中，唯一的非惯性效应是由于地球绕地轴旋转。这是一个旋转,地心系统。blockset忽略了地球围绕太阳的加速度，太阳在星系中的加速度，以及星系在宇宙中的加速度。在大多数应用中，只有地球自转起作用。
对于发射到深空(例如地月系统之外)的航天器，这种近似必须改变，而日心说系统是首选。

被动的转换

都是四元数航空航天Blockset都是被动转换。在被动变换中，矢量是不变的，定义它的坐标系是旋转的。有关转换的更多信息，请参见主动和被动转换．

相对于其他行星的运动

该区块集使用标准WGS-84大地水准面来模拟地球。你可以改变赤道轴的长度，扁平化和旋转速率。

你可以通过改变椭球体的大小、扁平化和旋转速率来表示航天器相对于任何天体的运动。如果天体向西旋转(逆行)，使旋转速率为负。

建模坐标系

如果你使用固定在物体本身的坐标系，建模飞机和宇宙飞船是最简单的。在飞机的情况下，前进的方向被风的存在所改变，飞机在空中的运动与它相对于地面的运动是不一样的。

看到运动方程有关块集如何实现体和风坐标的进一步详细信息。

身体坐标

非惯性体坐标系在运动飞行器的原点和方向上都是固定的。这种飞行器被认为是刚性的。

物体坐标轴的方向在物体形状中是固定的。

的x-轴点通过机头。
的y-轴指向x-轴(面向飞行员的视野方向)，垂直于x设在。
的z-轴点向下通过底部的工艺，垂直于xy平面，满足RH规则。

平动自由度

平移是通过沿着这些轴按距离移动来定义的x，y,z从原点开始。

转动自由度

旋转由欧拉角定义P，问，R或者Φ， Θ， Ψ。它们是:

P或Φ	在河里打滚x设在
问或Θ	关于y设在
R或Ψ	偏航z设在

除非另有说明，默认情况下，软件使用ZYX旋转顺序的欧拉角。

风坐标

非惯性风坐标系的原点固定在刚性飞行器上。坐标系方向是相对于飞行器速度来定义的V．

风坐标轴的方向由速度决定V．

的x-轴指向的方向V．
的y-轴指向x-轴(朝向…方向V)垂直于x设在。
的z-轴点垂直于xy平面以任何方式满足相对于x- - -y相互重合。

平动自由度

平移是通过沿着这些轴按距离移动来定义的x，y,z从原点开始。

转动自由度

旋转由欧拉角Φ， γ， χ定义:

Φ	倾斜角度x设在
γ	飞行路径y设在
χ	航向角z设在

除非另有说明，默认情况下，软件使用ZYX旋转顺序的欧拉角。

导航坐标系

建模航天轨道需要定位和定位飞机或航天器相对于旋转的地球。导航坐标是根据地球的中心和表面来定义的。

地心纬度和大地纬度

的地心纬度地球表面上的λ是由从地球中心到赤道平面表面点的半径矢量所对应的角度定义的。

的大地纬度地球表面上的µ由表面法向量n与赤道平面的夹角定义。

NED坐标

东北向下(NED)系统是一种非惯性系统，其原点固定在飞机或航天器的重心。它的轴沿地球表面定义的大地测量方向。

的x-轴指向北，平行于大地水准面，在极方向上。
的y-轴指向与大地水准面平行的东方，沿纬度曲线。
的z-轴指向向下，朝向地球表面，与地表向外法线反平行n．
在恒定的高度飞行意味着以恒定的速度飞行z在地球表面之上。

ECI坐标

地心惯性(ECI)系统是非旋转的。对于大多数应用，假定这个坐标系是惯性的，尽管春分面和赤道面随时间移动非常轻微。当赤道和春分被定义在一个特定的历元(例如J2000年)时，ECI系统被认为是真正的惯性系统，用于高精度轨道计算。使用特定ECI坐标系实现的航空航天函数和模块在其文档中提供了这些信息。ECI系统的原点固定在地球中心(见图)。