网站如何设计搜索框,网站三合一建设,建站是什么东西,wordpress创业邦目录 机体坐标系#xff08;Body Frame#xff09;例子#xff1a;无人机的机体坐标系 导航坐标系#xff08;Navigation Frame#xff09;例子#xff1a;地球固定的导航坐标系 具体例子说明机体坐标系描述导航坐标系描述 总结 机体坐标系#xff08;Body Frame#x… 目录 机体坐标系Body Frame例子无人机的机体坐标系 导航坐标系Navigation Frame例子地球固定的导航坐标系 具体例子说明机体坐标系描述导航坐标系描述 总结 机体坐标系Body Frame和导航坐标系Navigation Frame是惯性导航系统INS中常用的两个坐标系用于描述物体的姿态、速度和位置。下面通过具体例子来说明这两个坐标系的含义和区别。
机体坐标系Body Frame
机体坐标系是固定在运动物体上的坐标系。通常情况下定义如下
X轴沿着机体的前方向前。Y轴沿着机体的右侧向右。Z轴沿着机体的下方向下。
例子无人机的机体坐标系 对于一架无人机机体坐标系可以这样定义 X轴指向无人机的前方。 Y轴指向无人机的右侧。 Z轴指向无人机的下方。高度 在这个坐标系中无人机的加速度、角速度和其他传感器数据都是相对于机体本身的方向进行测量的。 导航坐标系Navigation Frame
导航坐标系是固定在地面或惯性空间的坐标系用于描述物体在全局坐标中的位置和运动状态。通常情况下定义如下
X轴指向北方N。 刻度表示地球维度Y轴指向东方E。 刻度表示地球经度Z轴指向地心D对于NEU坐标系Z轴指向天顶U。
例子地球固定的导航坐标系 对于一架无人机在地球表面飞行时导航坐标系可以这样定义 X轴指向地理北极。 Y轴指向地理东。 Z轴指向地心对于NED坐标系。 在这个坐标系中无人机的位置信息、速度信息都是相对于地球固定坐标系来描述的。 具体例子说明
假设我们有一架无人机正在飞行我们需要描述其当前的姿态和运动状态。
机体坐标系描述
在无人机的机体坐标系中我们测量得到以下数据
加速度 a b [ 0.1 , 0.2 , − 9.7 ] m / s 2 \mathbf{a}_b[0.1,0.2,-9.7] \mathrm{m} / \mathrm{s}^2 ab[0.1,0.2,−9.7]m/s2角速度” ω b [ 0.01 , 0.02 , 0.03 ] r a d / s \boldsymbol{\omega}_b[0.01,0.02,0.03] \mathrm{rad} / \mathrm{s} ωb[0.01,0.02,0.03]rad/s
文些数据表示在机体坐标系中无人机前方有 0.1 m / s 2 0.1 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2 0.1 m/s2 的加速度右侧有 0.2 m / s 2 0.2 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2 0.2 m/s2 的加速度下方有 9.7 m / s 2 9.7 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2 9.7 m/s2 的加速度由于重力作用。角速度表示绕前方轴 0.01 r a d / s 0.01 \mathrm{rad} / \mathrm{s} 0.01rad/s 绕右侧轴 0.02 r a d / s 0.02 \mathrm{rad} / \mathrm{s} 0.02rad/s 绕下方由 0.03 r a d / s 0.03 \mathrm{rad} / \mathrm{s} 0.03rad/s 的旋转。
导航坐标系描述
通过惯性导航算法我们可以将上述机体坐标系中的数据转换到导航坐标系中。例如转换后的加速度和角速度在导航坐标系中表示为
加速度 a n [ 0.1 , 0.0 , − 9.8 ] \mathbf{a}_n[0.1,0.0,-9.8] an[0.1,0.0,−9.8] m/s2角速度 ω n [ 0.0 , 0.02 , 0.03 ] \boldsymbol{\omega}_n[0.0,0.02,0.03] ωn[0.0,0.02,0.03] rad/s
这些数据表示在导航坐标系中无人机向北有 0.1 m / s 2 0.1 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2 0.1 m/s2 的加速度向东没有加速度向地心有 9.8 m / s 2 9.8 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2 9.8 m/s2 的加速度 (主要是重力)。角速度表示绕北轴没有旋转绕东轴 0.02 r a d / s 0.02 \mathrm{rad} / \mathrm{s} 0.02rad/s 的旋转绕地心轴 0.03 r a d / s 0.03 \mathrm{rad} / \mathrm{s} 0.03rad/s 的旋转。
总结
机体坐标系固定在无人机上的坐标系用于描述相对于机体的运动和姿态。 导航坐标系固定在地球上的坐标系用于描述无人机在全局中的位置和运动状态。
两者之间的转换依赖于姿态估计例如使用方向余弦矩阵或四元数从而将机体坐标系中的测量值转换到导航坐标系中进行导航和控制。
