[转载]四旋翼飞行器姿态获取(2)——坐标转换

2016-01-02 18:53阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/5385437775

原文作者：爱丽丝

二、坐标变换

2.1 坐标系定义
坐标系是描述物体在空间的相对位置和运动规律所使用的基准，由于载体(四旋翼飞行器)控制系统与地面指挥遥控系统所基于的坐标系不同，因此需要进行两个坐标系之间进行转换。
目前，主要是用的是如下两个坐标系：
1. 载体坐标系(B系): 其原点位于载体质心，通常选用右前上坐标系，即其轴沿载体横轴向右，轴沿着载体纵轴向前，轴沿着载体竖轴向上。
2. 参考坐标系(N系):该坐标系是地面指挥遥控系统所采用的坐标系，通常采用地理坐标系(G

系)，选取东北天(ENU)坐标系，即其轴指向水平东方, 轴指向水平北方，轴垂直于当地水平面，沿当地垂线向上。

2.2 姿态角定义
载体的姿态角(航向角yaw，俯仰角pitch，横滚角roll)是根据载体坐标系和导航坐标系之间的相对关系来定义的，如下图所示：

1. 航向角

: 载体绕Z轴转动，载体的Y轴在水平面上的投影与水平北向之间的夹角称为航向角。以水平北向为基准，顺时针转动为正，逆时针转动为负，其定义域为0~360度。
2. 俯仰角

：载体绕X轴转动，载体的Y轴与其在水平面上的投影之间的夹角称为俯仰角。以Y轴在水平面上的投影为基准，向上转动为正，向下转动为负，其定义域为-90~90度。
3. 横滚角

：载体绕Y轴转动(此时的角度定义比较困难)。定义域为-180~180度。

记住载体坐标系的坐标轴方向，就很容易记得三个姿态角的名称了。航向角（Z轴，确定航向的方向），俯仰角(X轴，俯仰角度)，横滚角(Y轴，横向滚动)

2.3 方向余弦矩阵
方向余弦矩阵是导航系统中十分重要的矩阵，它通过将一个坐标系中表示的向量元素转换为另一个坐标系中表示的向量元素，把原始坐标系中的向量与第二个坐标系中的向量定量地联系起来。

[转载]四旋翼飞行器姿态获取(2)——坐标转换