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ROS中ENU坐标系与无人机中NED坐标系的转换关系理解

2023-05-16

ROS中ENU坐标系与无人机中NED坐标系的转换关系理解

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  • 无人机中NED坐标理解
  • ENU与NED转换

无人机中NED坐标理解

  • 机体坐标系：机体坐标系固连飞机，其原点 取在多旋翼的重心位置上。 x轴在多旋翼对称平面内指向机头（机头方向与多旋+字形或X字形相关）。 z轴在飞机对称平面内，垂直轴向下。然后，按右手定则确定y轴 。
  • 地球固联坐标系：通常以多旋翼起飞位置作为坐标原点 。先让x轴在水平面内指向某一方向，z轴垂直于地面向下。然后，按右手定则确定y轴，坐标原点还有用地心的？比如NED坐标系为x轴为正北方向，y轴为正东方向，z轴指向下。

飞机的欧拉角就是基于上面两个坐标系的转换。pitch+为抬头，roll+为右旋转，yaw+为右偏航。

Yaw与指南针角度的关系

  • 指南针的角度是确定不变的，北朝向为0度，东为90度，南为180度，西为270度。
  • Yaw角是当前机头方向与正北方向的夹角（若地球固联坐标系为NED）

也就是说当我们知道YAW角时我们就可以确定飞机当前的航向（东，北哪个方向），比如我们的vision通过mavros给飞控的Yaw的角度是90度，而且飞机的地球固联坐标系为NED，那么可以确定飞机机头当前指向为正东，即使我们没有磁力计测方向，但我们假设了一个方向，此时Yaw角与指南针的角度完全重合或者说相同。

但当我们的Yaw角为90度，机头朝向为正北方向，那么我们可以确定飞机地球固联坐标系采用的是WND（W为西）。

在PX4中用到的地球固联坐标轴是NED坐标系，即x，y，z的方向固定不变（Offboard模式下除外，但是在offboard模式下，初始上电后其东北方向由Yaw角决定）

ENU与NED转换

如下图

image

在ROS中用到的坐标系是ENU坐标系，而我们飞控中用到的坐标系是NED所有需要转换，好在mavros已将帮我们转换好了。

下面是转化公式供参考
Y a w N E D = − Y a w E N U + 90 Yaw_{NED} = -Yaw_{ENU}+90 YawNED​=−YawENU​+90

X N E D = Y E N U X_{NED}=Y_{ENU} XNED​=YENU​

Y N E D = X E N U Y_{NED}=X_{ENU} YNED​=XENU​

Z N E D = − Z E N U Z_{NED}=-Z_{ENU} ZNED​=−ZENU​

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