1. Координатные системы, используемые в инерциальной и спутниковой навигации

В ажнейшей особенностью инерциальной навигационной системы является возможность определения с ее помощью параметров движения (скорости, ускорения, направления, координат на определенный момент времени и пр.) относительно некоторой первоначально выбранной системы отсчета, которая, естественно, в процессе измерений должна оставаться неподвижной. Поэтому в общем случае для решения навигационных задач с помощью спутниковых и инерциальных навигационных систем используются несколько координатных систем: геоцентрическая, инерциальная, местная (горизонтная), транспортного средства (самолета, автомобиля и др.), блока инерциальных измерений и некоторые другие (рис. 10.1).

Геоцентрическая система координат OXYZ используется для обработки результатов спутниковых измерений и отождествляется с системой координат ПЗ-90.02 или WGS-84, в зависимости от того, какая именно спутниковая навигационная система используются при навигации (GPS или ГЛОНАСС).

Начало системы O совмещается с центром земных масс, ось OZ – с осью вращения планеты, ось абсцисс OX размещена в плоскости Гринвичского меридиана, а ось ординат OY дополняет систему до правой. Система OXYZ вместе с планетой вращается вокруг оси OZ с угловой скоростью 7,29211510^-05 радиан в секунду.

Система геодезических эллипсоидальных координат (B, L, H) используется наряду с геоцентрической системой координат для определения положения точек через широту, долготу и высоту.

Горизонтная (навигационная) система координат O_ГX_ГY_ГZ_Г используется для представления результатов обработки инерциальных или спутниковых данных, необходимых для решения некоторых задач (в частности, определения пространственного положения самолета, угловых элементов внешнего ориентирования аэроснимков). Начало O_Г этой системы совмещается с текущим (мгновенным) положением центра блока инерциальных датчиков, ось O_ГZ_Г – с нормалью к эллипсоиду, ось O_ГY_Г указывает на север вдоль местного меридиана, а ось O_ГX_Г дополняет систему до правой.

Положение горизонтной системы координат относительно геоцентрической известно, если известны геодезические или геоцентрические координаты ее начала.

Бортовая система координат O_БX_БY_БZ_Б связана с корпусом перемещающегося в пространстве транспортного средства (самолета, автомобиля и пр.). Ее начало размещается в центре тяжести носителя (самолета, автомобиля), ось аппликат O_БZ_Б – с отвесной линией, ось ординат O_БY_Б – с продольной осью транспортного средства, а ось абсцисс O_БX_Б дополняет систему до правой.

Система координат аэроснимка Sxyz (на рис. 10.1 не показана) связана с пространственным положением фокальной плоскости аэрокамеры. Ее начало размещено в центре проекции, ось Sz совпадает с продолжением главной оптической оси объектива, а оси Sx и Sy параллельны осям снимка ox и oy (при аналоговой аэросъемке) или соответствует ориентации светочувствительных датчиков изображения. Определение пространственной ориентации этой системы и является задачей блока инерциальных измерений.

Система координат блока инерциальных измерений (на рис. 10.1 не показана) используется для выполнения инерциальных измерений, и ее пространственное положение определяет направления осей чувствительности гироскопов и акселерометров. Взаимное положение этой системы относительно «целевой» в виде смещений вдоль координатных осей и трех углов наклона определяют в процессе выставки инерциальных приборов и уточняют по результатам обработки данных, полученных на специальном полигоне. Причем, «целевой» считается система координат аэроснимка Sxyz, бортовая система координат O_БX_БY_БZ_Б или какая-либо иная, определение ориентации которой является задачей инерциальной системы.

Инерциальная система координат OX_ИY_ИZ_И (рис. 10.1) представляет собой геоцентрическую систему координат OXYZ, зафиксированную на момент включения навигационной системы в рабочий режим и не участвующую в суточном вращении Земли.