В баллистике и динамике полета соглашения об осях представляют собой стандартизированные способы определения местоположения и ориентации осей координат для использования в качестве системы отсчета . Мобильные объекты обычно отслеживаются из внешнего кадра, который считается фиксированным. На этих мобильных объектах можно определить другие кадры, чтобы иметь дело с относительным положением других объектов. Наконец, отношения или ориентации могут быть описаны отношениями между внешней рамкой и рамкой, определенной над подвижным объектом.
Ориентацию транспортного средства обычно называют ориентацией . Обычно это описывается ориентацией системы координат, закрепленной в теле, относительно фиксированной системы отсчета. Отношение описывается координатами положения и состоит как минимум из трех координат. [1]
Хотя с геометрической точки зрения различные методы описания ориентации определяются с использованием только некоторых систем отсчета, в инженерных приложениях важно также описать, как эти системы прикреплены к лаборатории и движущемуся телу.
Из-за особой важности международных конвенций в области воздушных транспортных средств несколько организаций опубликовали стандарты, которым необходимо следовать. Например, немецкий DIN опубликовал норму DIN 9300 для самолетов [2] (принятую ISO как ISO 1151–2 :1985).
По сути, в качестве лабораторной системы координат или системы отсчета существует два типа условных обозначений:
Эта система координат относится к системам глобальной отсчета, таким как неинерциальная система с фиксированным центром Земли (ECEF).
Чтобы установить стандартное соглашение для описания положений, необходимо установить как минимум оси системы отсчета и оси твердого тела или транспортного средства. Если используется неоднозначная система обозначений (например, углы Эйлера ), следует также указать используемое соглашение. Тем не менее, большинство используемых обозначений (матрицы и кватернионы) однозначны.
Углы Тейта – Брайана часто используются для описания положения транспортного средства относительно выбранной системы отсчета, хотя можно использовать любые другие обозначения. Положительная ось X в транспортных средствах всегда указывает в направлении движения. Для положительных осей y и z нам приходится иметь дело с двумя разными соглашениями:
Специально для самолетов эти кадры не обязательно должны совпадать с наземными кадрами в линии вверх-вниз. Необходимо договориться, что означают ЕНУ и НЭД в этом контексте.
Для наземных транспортных средств редко можно описать их полную ориентацию, за исключением случаев, когда речь идет об электронной системе стабилизации или спутниковой навигации . В этом случае обычно используется соглашение, приведенное на соседнем рисунке, где RPY означает крен-тангаж-рыскание .
Так же как и самолеты, та же терминология используется для движения кораблей и лодок . Некоторые широко используемые слова были введены в морское судоходство. Например, угол рыскания или курс имеет морское происхождение и означает «отклонение от курса». Этимологически оно связано с глаголом «идти». [6] Это связано с концепцией подшипника . Обычно ему присваивается сокращенное обозначение ψ . [7]
Координаты для описания положения самолета (курс, возвышение и крен) обычно задаются относительно опорной системы управления, расположенной в диспетчерской вышке и, следовательно, ENU, относительно положения диспетчерской вышки на земной поверхности.
Координаты для описания наблюдений, производимых с самолета, обычно задаются относительно его собственных осей, но обычно в качестве положительного значения используется координата, направленная вниз, где расположены интересующие точки. Поэтому они обычно NED.
Эти оси обычно берутся так, что ось X — это продольная ось, направленная вперед, ось Z — это вертикальная ось, направленная вниз, а ось Y — боковая, направленная таким образом, чтобы рамка была правосторонней .
Движение самолета часто описывается с точки зрения вращения вокруг этих осей, поэтому вращение вокруг оси X называется качкой, вращение вокруг оси Y называется тангажем, а вращение вокруг оси Z называется рысканием.
Для спутников, вращающихся вокруг Земли, обычно используется экваториальная система координат . Проекция экватора Земли на небесную сферу называется небесным экватором . Точно так же проекции северного и южного географических полюсов Земли становятся северным и южным полюсами мира соответственно.
Спутники дальнего космоса используют другую небесную систему координат , например, эклиптическую систему координат .
Если цель состоит в том, чтобы поддерживать постоянное положение шаттла во время его витков относительно неба, например, для выполнения определенных астрономических наблюдений, предпочтительной точкой отсчета является инерциальная система отсчета и вектор угла RPY (0|0|0). тогда описывает положение, при котором крылья шаттла постоянно держатся параллельно экватору Земли, его нос постоянно направлен к точке весеннего равноденствия , а брюхо - к северной полярной звезде (см. Рисунок). (Обратите внимание, что ракеты и ракеты чаще следуют соглашениям для самолетов, где вектор угла RPY (0|0|0) указывает на север, а не на точку весеннего равноденствия).
С другой стороны, если цель состоит в том, чтобы удерживать шаттл во время его витков в постоянном положении относительно поверхности Земли, предпочтительной привязкой будет локальная система отсчета с вектором угла RPY (0|0|0) описывающее положение, при котором крылья шаттла параллельны поверхности Земли, его нос направлен в сторону курса, а брюшко опущено к центру Земли (см. Рисунок).
Обычно кадры, используемые для описания местных наблюдений транспортного средства, являются теми же кадрами, которые используются для описания его положения относительно наземных станций слежения. т.е. если кадр ENU используется на станции слежения, на борту также используются кадры ENU, и эти кадры также используются для передачи местных наблюдений.
Важным случаем, к которому это неприменимо, являются воздушные суда. Наблюдения с самолета проводятся сверху вниз, и поэтому обычно применяется соглашение об осях NED. Тем не менее, когда задаются положения относительно наземных станций, используется взаимосвязь между местным кадром, связанным с землей, и бортовым кадром ENU.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )