SINS/GNSS组合导航：导航座标系的定义及欧式变换

常用的座标系：

1 惯性座标系（i系）

惯性座标系（以下简称惯性系）是在空间静止或做匀速直线运动的座标系，其为惯性器件测量的参考基准。实际中，不存在完全理想的惯性系，通常以地球质心为原点建立的地心直角惯性座标系 来代替理想惯性系。该座标系中，轴与地球自转轴平行，方向指向北极，轴指向春分点，X,Y,Z 三轴构成右手正交系。

2 地球座标系（e系）

地球座标系是原点在地心、座标轴固定在地球上的右手正交系，其中指向本 初子午线，与极轴平行，方向指向北极。GPS 使用的 WGS-84 直角座标系就是一个非常精确的协议地球座标系。

3 地理座标系（n系）

本地地理座标系是相对于大地水准面定义的北东地 NED（也有采用东北天 ENU 定义的）正交座标系，是导航时根据计算描述的需要而选取的一个导航基准系，又可 称为导航座标系。地理座标系的原点是惯性传感器在大地水准面上的投影；D 轴垂直于参考椭球面，指向地球内部；N 轴指向真北；E 轴水平指向东并完成右手系。

4 载体座标系（b系）

载体座标系固连于运载体，在本文中特指车辆座标系。载体座标系原点通常固定于载体的重心。（在无人驾驶系统中，为便于车辆的运动控制，通常以车辆后轴中点作为车体座标系原点）。轴沿载体纵轴方向，指向车前方，垂直载体水平面向下，X,Y,Z 三轴一起构成右 手系。

5 座标系的欧式变换

 

直观的描述座标系之间的旋转，分别按照Z、Y、X旋转，第一次绕Z轴旋转角，旋转矩阵：

                                                                    

第二次绕Y轴旋转角，旋转矩阵：

                                                                    

第三次绕X轴旋转角度，旋转矩阵：

                                                                    

n系到b系的旋转矩阵：

       

i系到e系旋转矩阵：

                                                                         

e系到n系变化矩阵：

                                                         

L维度，精度，地球自转角速度。