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 1.1  1997/05/29 00:09:56  curt
  44 Initial Flight Gear revision.
  45
  46  * Revision 1.5  1994/01/11  18:47:05  bjax
  47  * Changed include files to use types and constants, not ls_eom.h
  48  * Also changed DATA type to SCALAR type.
  49  *
  50  * Revision 1.4  1993/12/14  21:06:47  bjax
  51  * Removed global variable references Altitude and Latitude.   EBJ
  52  *
  53  * Revision 1.3  1993/06/02  15:03:40  bjax
  54  * Made new subroutine for calculating geodetic to geocentric; changed name
  55  * of forward conversion routine from ls_geodesy to ls_geoc_to_geod.
  56  *
  57
  58 ----------------------------------------------------------------------------
  59
  60         REFERENCES:
  61
  62                 [ 1]    Stevens, Brian L.; and Lewis, Frank L.: "Aircraft
  63                         Control and Simulation", Wiley and Sons, 1992.
  64                         ISBN 0-471-61397-5
  65
  66
  67 ----------------------------------------------------------------------------
  68
  69         CALLED BY:      ls_aux
  70
  71 ----------------------------------------------------------------------------
  72
  73         CALLS TO:
  74
  75 ----------------------------------------------------------------------------
  76
  77         INPUTS:
  78                 lat_geoc        Geocentric latitude, radians, + = North
  79                 radius          C.G. radius to earth center, ft
  80
  81 ----------------------------------------------------------------------------
  82
  83         OUTPUTS:
  84                 lat_geod        Geodetic latitude, radians, + = North
  85                 alt             C.G. altitude above mean sea level, ft
  86                 sea_level_r     radius from earth center to sea level at
  87                                 local vertical (surface normal) of C.G.
  88
  89 --------------------------------------------------------------------------*/
  90
  91 #include "ls_types.h"
  92 #include "ls_constants.h"
  93 #include <math.h>
  94
  95 /* ONE_SECOND is pi/180/60/60, or about 100 feet at earths' equator */
  96 #define ONE_SECOND 4.848136811E-6
  97 #define HALF_PI 0.5*PI
  98
  99
 100 void ls_geoc_to_geod(  lat_geoc, radius, lat_geod, alt, sea_level_r )
 101      SCALAR lat_geoc;
 102      SCALAR radius;
 103      SCALAR *lat_geod;
 104      SCALAR *alt;
 105      SCALAR *sea_level_r;
 106 {
 107         SCALAR  t_lat, x_alpha, mu_alpha, delt_mu, r_alpha, l_point, rho_alpha;
 108         SCALAR  sin_mu_a, denom,delt_lambda, lambda_sl, sin_lambda_sl;
 109
 110         if(   ( (HALF_PI - lat_geoc) < ONE_SECOND )     /* near North pole */
 111            || ( (HALF_PI + lat_geoc) < ONE_SECOND ) )   /* near South pole */
 112           {
 113             *lat_geod = lat_geoc;
 114             *sea_level_r = EQUATORIAL_RADIUS*E;
 115             *alt = radius - *sea_level_r;
 116           }
 117         else
 118           {
 119             t_lat = tan(lat_geoc);
 120             x_alpha = E*EQUATORIAL_RADIUS/sqrt(t_lat*t_lat + E*E);
 121             mu_alpha = atan2(sqrt(RESQ - x_alpha*x_alpha),E*x_alpha);
 122             if (lat_geoc < 0) mu_alpha = - mu_alpha;
 123             sin_mu_a = sin(mu_alpha);
 124             delt_lambda = mu_alpha - lat_geoc;
 125             r_alpha = x_alpha/cos(lat_geoc);
 126             l_point = radius - r_alpha;
 127             *alt = l_point*cos(delt_lambda);
 128             denom = sqrt(1-EPS*EPS*sin_mu_a*sin_mu_a);
 129             rho_alpha = EQUATORIAL_RADIUS*(1-EPS)/
 130               (denom*denom*denom);
 131             delt_mu = atan2(l_point*sin(delt_lambda),rho_alpha + *alt);
 132             *lat_geod = mu_alpha - delt_mu;
 133             lambda_sl = atan( E*E * tan(*lat_geod) ); /* SL geoc. latitude */
 134             sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
 135             *sea_level_r = sqrt(RESQ
 136                            /(1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
 137           }
 138 }
 139
 140 void ls_geod_to_geoc( lat_geod, alt, sl_radius, lat_geoc )
 141     SCALAR lat_geod;
 142     SCALAR alt;
 143     SCALAR *sl_radius;
 144     SCALAR *lat_geoc;
 145 {
 146     SCALAR lambda_sl, sin_lambda_sl, cos_lambda_sl, sin_mu, cos_mu, px, py;
 147
 148     lambda_sl = atan( E*E * tan(lat_geod) ); /* sea level geocentric latitude */
 149     sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
 150     cos_lambda_sl = cos( lambda_sl );
 151     sin_mu = sin(lat_geod);     /* Geodetic (map makers') latitude */
 152     cos_mu = cos(lat_geod);
 153     *sl_radius = sqrt(RESQ
 154         /(1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
 155     py = *sl_radius*sin_lambda_sl + alt*sin_mu;
 156     px = *sl_radius*cos_lambda_sl + alt*cos_mu;
 157     *lat_geoc = atan2( py, px );
 158 }