导航常用坐标系

2.1　导航常用坐标系

导航中常采用如下8种坐标系统，分别是:

1.惯性坐标系(i系)

惯性坐标系亦称绝对坐标系或基本坐标系，是应用牛顿定律的参考坐标系。

研究导弹相对地球运动时，可只考虑地球的自转运动而忽略地球绕太阳的公转运动，因此可近似地选定地球中心为原点的惯性坐标系。研究陀螺运动时，通常把陀螺理想支承中心取为惯性坐标系的原点。

在导航中，惯性坐标系i系常作为参考坐标系，按照应用的不同，可分为地心惯性坐标系、太阳中心惯性坐标系和起飞点惯性坐标系。

(1)地心惯性坐标系

该坐标系的原点取在地球中心，z轴沿地球自转轴，而x轴、y轴在地球赤道平面内，且和z轴组成右手坐标系。

当运动物体在地球附近时，多采用此坐标系。

(2)太阳中心惯性坐标系

该坐标系以太阳系作为惯性空间，坐标原点设在太阳中心，z轴垂直于地球公转的轨道平面，x轴和y轴在地球公转平面内成右手坐标系。

航空航天飞行器常采用该坐标系。

(3)起飞点惯性坐标系

有些飞行载体，如导弹，常用发射或起飞时刻的起飞点地理坐标系，作为飞行载体飞行位置的基准，故该坐标系称为起飞点惯性坐标系。

2.地理坐标系(g系)

地理坐标系的定义如图2-1所示。

地理坐标系的原点O取在运动物体在地球表面上的位置点(或取其在地球表面上的投影点)，OE指向东，ON指向北，Oξ与OE、ON成右手坐标系，沿当地垂线方向并指向天顶。即通常所说的三轴成北东天配置。

图2-1　地理坐标系

3.地球坐标系(e系)

地球坐标系(图2-2)与地球固连，坐标原点在地心;z轴沿地轴指向北极，x轴，y轴在赤道平面内，x轴指向零子午线，y轴指向东经90°方向，该坐标系相对地心惯性坐标系以地球自转角速度旋转，运动物体的坐标在该系内采用经度φ、纬度λ和离地心的距离R来表示。

图2-2　地球坐标系

4.游动方位坐标系(w系)

有的导航系统如惯性导航系统，在导航定位计算过程中，需要用到与地理坐标系在水平面内仅相差一个角度α的坐标系，α角即为坐标系的游动角度。α角以x_w轴逆时针偏离x_g(E)轴为正，w系原点与g系原点相同，x_w与y_w和x_g与y_g在相同平面内，但夹角为α角。

5.载体坐标系(b系)

与载体固连的坐标系即为载体坐标系(图2-3)。原点选在载体的质心上;Ox轴取在载体的纵向对称轴上，指向载体前方为正;Oy轴在载体的横向对称平面内，通过质心，指向右方为正，与Ox轴正交;Oz轴通过质心位置，其正指向按右手定则来确定。与地面直角坐标系结合在一起，表示载体相对于地面的姿态，用于研究载体运动的稳定性及操纵性。

图2-3　载体坐标系

6.平台坐标系(p系)

平台坐标系为与平台台体固连的右手直角坐标系。其两坐标轴在台体平面内，另一坐标轴垂直于该平面。3个加速度和陀螺仪的输入轴应分别与这些坐标轴重合。若平台无误差，指向正确，则这样的平台坐标系称为理想平台坐标系。

7.导航坐标系(n系)

这是惯性导航系统在求解导航参数时所采用的坐标系。通常它与系统所在的位置有关。对于平台式惯性导航系统而言，理想的平台坐标系即导航坐标系;对于捷联式惯性导航系统，导航参数并不在载体坐标系内求解，须将加速度计信号分解到导航参数方便求解的坐标系内，再进行导航计算，这个坐标系即导航坐标系。

8.计算坐标系(c系)

惯性导航系统利用本身计算的载体位置来描述导航坐标系时，坐标系因惯性导航系统有位置误差而有误差，这种坐标系称为计算坐标系。计算坐标系一般在描述和推导惯性导航误差时有用。