[發明專利]一種基于扁率角補償的坐標變換方法

有效

• 申請號: 201611141776.0
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106840159B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 晁寧;李竹君;劉鵬;羅曉英;李榮;徐文強
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.一種基于扁率角補償的坐標變換方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)獲取飛行器在當前大地直角坐標系的位置r(i)＝[r₁(i) r₂(i) r₃(i)]^T與速度r(i)＝[v_r1(i) v_r1(i) v_r1(i)]^T信息，通過迭代算法獲得飛行器當前位置的地理經度L(i)、緯度B’(i)、高度H(i),；根據r₁(i),r₂(i),r₃(i)計算獲得地球扁率角C(i)；

(2)根據當前所處緯度區，設置扁率角補償策略，使得扁率角在不同緯度范圍中C(i)具有相應的補償方向；所述當前所處緯度區通過地球固連坐標系z軸分量z_dg(i)描述；地球固連坐標系定義為：原點為地球質心，基本平面為當前時刻地球真赤道，X軸指向格林尼治子午圈，Z軸指向北極的國際慣用原點CIO，X，Y，Z成右手系；

(3)對B’(i)與C(i)的情況進行聯合判斷，設置閾值|σ|與分類決策并最終確定C(i)，保證在緯度趨近于兩極與赤道附近時，C(i)不斷趨近于零；

(4)根據地球固連坐標系z軸與當前地心矢量R_dx(i)計算補償旋轉矢量n(i)；利用四元數法實現地心矢量R_dx(i)繞旋轉矢量n(i)補償C(i)后的鉛垂矢量R_qc(i)，進而利用R_qc(i)完成從地球固連坐標系向當地航跡坐標系的準確轉換；所述當地航跡坐標系定義為：坐標原點位于飛行器的質心O處，OX_k沿飛行器速度方向，OY_k軸在包含OX_k軸的鉛垂平面內且垂直于OX_k軸指向上方，OZ_k軸的指向按右手法則確定。

2.根據權利要求1所述的一種基于扁率角補償的坐標變換方法，其特征在于：所述步驟(1)中計算獲得地球扁率角C(i)的具體通過以下方式實現：

(11)規定北半球為正南半球為負，地心緯度始終為正；根據平面化地球橢球模型計算出當前與地理緯度隨動的扁率角C(i)；

C(i)＝||B'(i)|-A(i)|；

式中A(i)與B’(i)分別為飛行器當前所處位置對應的地心緯度與地理緯度，A(i)＝arccos(OM(i)/|r(i)|)，

3.根據權利要求1或2所述一種基于扁率角補償的坐標變換方法，其特征在于：所述步驟(2)具體通過以下方式實現：

(21)計算當前地球固連坐標系z軸坐標z_dg(i)與當前地心矢量R_dx(i)所確定的平面的法向量n(i)，即單位補償矢量

式中為地球固連坐標系z軸單位矢量；

(22)獲取當前所處緯度區分類，判斷當前緯度區極性；若z_dg(i)≥0且z_dg(i)B’(i)≥0，則為反向補償設置，補償方向標志cf(i)＝0；若z_dg(i)<0且z_dg(i)B’(i)<0，則為正向補償設置，補償方向標志cf(i)＝1；若z_dg(i)與B’(i)極性相反，以z_dg(i)為判斷依據。