LaRCsim/ls_geodesy.c

   1 /***************************************************************************
   2
   3         TITLE:  ls_geodesy
   4
   5 ----------------------------------------------------------------------------
   6
   7         FUNCTION:       Converts geocentric coordinates to geodetic positions
   8
   9 ----------------------------------------------------------------------------
  10
  11         MODULE STATUS:  developmental
  12
  13 ----------------------------------------------------------------------------
  14
  15         GENEALOGY:      Written as part of LaRCSim project by E. B. Jackson
  16
  17 ----------------------------------------------------------------------------
  18
  19         DESIGNED BY:    E. B. Jackson
  20
  21         CODED BY:       E. B. Jackson
  22
  23         MAINTAINED BY:  E. B. Jackson
  24
  25 ----------------------------------------------------------------------------
  26
  27         MODIFICATION HISTORY:
  28
  29         DATE    PURPOSE                                         BY
  30
  31         930208  Modified to avoid singularity near polar region.        EBJ
  32         930602  Moved backwards calcs here from ls_step.                EBJ
  33         931214  Changed erroneous Latitude and Altitude variables to
  34                 *lat_geod and *alt in routine ls_geoc_to_geod.          EBJ
  35         940111  Changed header files from old ls_eom.h style to ls_types,
  36                 and ls_constants.  Also replaced old DATA type with new
  37                 SCALAR type.                                            EBJ
  38
  39         CURRENT RCS HEADER:
  40
  41 $Header$
  42 $Log$
  43 Revision 1.2  1998/01/19 18:40:25  curt
  44 Tons of little changes to clean up the code and to remove fatal errors
  45 when building with the c++ compiler.
  46
  47 Revision 1.1  1997/05/29 00:09:56  curt
  48 Initial Flight Gear revision.
  49
  50  * Revision 1.5  1994/01/11  18:47:05  bjax
  51  * Changed include files to use types and constants, not ls_eom.h
  52  * Also changed DATA type to SCALAR type.
  53  *
  54  * Revision 1.4  1993/12/14  21:06:47  bjax
  55  * Removed global variable references Altitude and Latitude.   EBJ
  56  *
  57  * Revision 1.3  1993/06/02  15:03:40  bjax
  58  * Made new subroutine for calculating geodetic to geocentric; changed name
  59  * of forward conversion routine from ls_geodesy to ls_geoc_to_geod.
  60  *
  61
  62 ----------------------------------------------------------------------------
  63
  64         REFERENCES:
  65
  66                 [ 1]    Stevens, Brian L.; and Lewis, Frank L.: "Aircraft
  67                         Control and Simulation", Wiley and Sons, 1992.
  68                         ISBN 0-471-61397-5
  69
  70
  71 ----------------------------------------------------------------------------
  72
  73         CALLED BY:      ls_aux
  74
  75 ----------------------------------------------------------------------------
  76
  77         CALLS TO:
  78
  79 ----------------------------------------------------------------------------
  80
  81         INPUTS:
  82                 lat_geoc        Geocentric latitude, radians, + = North
  83                 radius          C.G. radius to earth center, ft
  84
  85 ----------------------------------------------------------------------------
  86
  87         OUTPUTS:
  88                 lat_geod        Geodetic latitude, radians, + = North
  89                 alt             C.G. altitude above mean sea level, ft
  90                 sea_level_r     radius from earth center to sea level at
  91                                 local vertical (surface normal) of C.G.
  92
  93 --------------------------------------------------------------------------*/
  94
  95 #include "ls_types.h"
  96 #include "ls_constants.h"
  97 #include "ls_geodesy.h"
  98 #include <math.h>
  99
 100 /* ONE_SECOND is pi/180/60/60, or about 100 feet at earths' equator */
 101 #define ONE_SECOND 4.848136811E-6
 102 #define HALF_PI 0.5*PI
 103
 104
 105 void ls_geoc_to_geod( SCALAR lat_geoc, SCALAR radius, SCALAR *lat_geod,
 106                       SCALAR *alt, SCALAR *sea_level_r )
 107 {
 108         SCALAR  t_lat, x_alpha, mu_alpha, delt_mu, r_alpha, l_point, rho_alpha;
 109         SCALAR  sin_mu_a, denom,delt_lambda, lambda_sl, sin_lambda_sl;
 110
 111         if(   ( (HALF_PI - lat_geoc) < ONE_SECOND )     /* near North pole */
 112            || ( (HALF_PI + lat_geoc) < ONE_SECOND ) )   /* near South pole */
 113           {
 114             *lat_geod = lat_geoc;
 115             *sea_level_r = EQUATORIAL_RADIUS*E;
 116             *alt = radius - *sea_level_r;
 117           }
 118         else
 119           {
 120             t_lat = tan(lat_geoc);
 121             x_alpha = E*EQUATORIAL_RADIUS/sqrt(t_lat*t_lat + E*E);
 122             mu_alpha = atan2(sqrt(RESQ - x_alpha*x_alpha),E*x_alpha);
 123             if (lat_geoc < 0) mu_alpha = - mu_alpha;
 124             sin_mu_a = sin(mu_alpha);
 125             delt_lambda = mu_alpha - lat_geoc;
 126             r_alpha = x_alpha/cos(lat_geoc);
 127             l_point = radius - r_alpha;
 128             *alt = l_point*cos(delt_lambda);
 129             denom = sqrt(1-EPS*EPS*sin_mu_a*sin_mu_a);
 130             rho_alpha = EQUATORIAL_RADIUS*(1-EPS)/
 131               (denom*denom*denom);
 132             delt_mu = atan2(l_point*sin(delt_lambda),rho_alpha + *alt);
 133             *lat_geod = mu_alpha - delt_mu;
 134             lambda_sl = atan( E*E * tan(*lat_geod) ); /* SL geoc. latitude */
 135             sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
 136             *sea_level_r = sqrt(RESQ
 137                            /(1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
 138           }
 139 }
 140
 141
 142 void ls_geod_to_geoc( SCALAR lat_geod, SCALAR alt,
 143                       SCALAR *sl_radius, SCALAR *lat_geoc )
 144 {
 145     SCALAR lambda_sl, sin_lambda_sl, cos_lambda_sl, sin_mu, cos_mu, px, py;
 146
 147     lambda_sl = atan( E*E * tan(lat_geod) ); /* sea level geocentric latitude */
 148     sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
 149     cos_lambda_sl = cos( lambda_sl );
 150     sin_mu = sin(lat_geod);     /* Geodetic (map makers') latitude */
 151     cos_mu = cos(lat_geod);
 152     *sl_radius = sqrt(RESQ
 153         /(1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
 154     py = *sl_radius*sin_lambda_sl + alt*sin_mu;
 155     px = *sl_radius*cos_lambda_sl + alt*cos_mu;
 156     *lat_geoc = atan2( py, px );
 157 }