Lib/Math/fg_geodesy.cxx

   1 // fg_geodesy.cxx -- routines to convert between geodetic and geocentric
   2 //                   coordinate systems.
   3 //
   4 // Copied and adapted directly from LaRCsim/ls_geodesy.c
   5 //
   6 // See below for the complete original LaRCsim comments.
   7 //
   8 // $Id$
   9
  10 #include "Include/compiler.h"
  11 #ifdef FG_HAVE_STD_INCLUDES
  12 # include <cmath>
  13 # include <cerrno>
  14 #else
  15 # include <math.h>
  16 # include <errno.h>
  17 #endif
  18
  19 #include <Include/fg_constants.h>
  20 #include <Math/fg_geodesy.hxx>
  21 #include <Math/point3d.hxx>
  22
  23 #ifndef FG_HAVE_NATIVE_SGI_COMPILERS
  24 FG_USING_STD(cout);
  25 #endif
  26
  27 // ONE_SECOND is pi/180/60/60, or about 100 feet at earths' equator
  28 #define ONE_SECOND 4.848136811E-6
  29
  30
  31 // fgGeocToGeod(lat_geoc, radius, *lat_geod, *alt, *sea_level_r)
  32 //     INPUTS:
  33 //         lat_geoc     Geocentric latitude, radians, + = North
  34 //         radius       C.G. radius to earth center (meters)
  35 //
  36 //     OUTPUTS:
  37 //         lat_geod     Geodetic latitude, radians, + = North
  38 //         alt          C.G. altitude above mean sea level (meters)
  39 //         sea_level_r  radius from earth center to sea level at
  40 //                      local vertical (surface normal) of C.G. (meters)
  41
  42
  43 void fgGeocToGeod( double lat_geoc, double radius, double
  44                    *lat_geod, double *alt, double *sea_level_r )
  45 {
  46     double t_lat, x_alpha, mu_alpha, delt_mu, r_alpha, l_point, rho_alpha;
  47     double sin_mu_a, denom,delt_lambda, lambda_sl, sin_lambda_sl;
  48
  49     if( ( (FG_PI_2 - lat_geoc) < ONE_SECOND )        // near North pole
  50         || ( (FG_PI_2 + lat_geoc) < ONE_SECOND ) )   // near South pole
  51     {
  52         *lat_geod = lat_geoc;
  53         *sea_level_r = EQUATORIAL_RADIUS_M*E;
  54         *alt = radius - *sea_level_r;
  55     } else {
  56         t_lat = tan(lat_geoc);
  57         x_alpha = E*EQUATORIAL_RADIUS_M/sqrt(t_lat*t_lat + E*E);
  58         double tmp = RESQ_M - x_alpha * x_alpha;
  59         if ( tmp < 0.0 ) { tmp = 0.0; }
  60         mu_alpha = atan2(sqrt(tmp),E*x_alpha);
  61         if (lat_geoc < 0) mu_alpha = - mu_alpha;
  62         sin_mu_a = sin(mu_alpha);
  63         delt_lambda = mu_alpha - lat_geoc;
  64         r_alpha = x_alpha/cos(lat_geoc);
  65         l_point = radius - r_alpha;
  66         *alt = l_point*cos(delt_lambda);
  67
  68         // check for domain error
  69         if ( errno == EDOM ) {
  70             cout << "Domain ERROR in fgGeocToGeod!!!!\n";
  71             *alt = 0.0;
  72         }
  73
  74         denom = sqrt(1-EPS*EPS*sin_mu_a*sin_mu_a);
  75         rho_alpha = EQUATORIAL_RADIUS_M*(1-EPS)/
  76             (denom*denom*denom);
  77         delt_mu = atan2(l_point*sin(delt_lambda),rho_alpha + *alt);
  78         *lat_geod = mu_alpha - delt_mu;
  79         lambda_sl = atan( E*E * tan(*lat_geod) ); // SL geoc. latitude
  80         sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
  81         *sea_level_r =
  82             sqrt(RESQ_M / (1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
  83
  84         // check for domain error
  85         if ( errno == EDOM ) {
  86             cout << "Domain ERROR in fgGeocToGeod!!!!\n";
  87             *sea_level_r = 0.0;
  88         }
  89     }
  90
  91 }
  92
  93
  94 // fgGeodToGeoc( lat_geod, alt, *sl_radius, *lat_geoc )
  95 //     INPUTS:
  96 //         lat_geod     Geodetic latitude, radians, + = North
  97 //         alt          C.G. altitude above mean sea level (meters)
  98 //
  99 //     OUTPUTS:
 100 //         sl_radius    SEA LEVEL radius to earth center (meters)
 101 //                      (add Altitude to get true distance from earth center.
 102 //         lat_geoc     Geocentric latitude, radians, + = North
 103 //
 104
 105
 106 void fgGeodToGeoc( double lat_geod, double alt, double *sl_radius,
 107                       double *lat_geoc )
 108 {
 109     double lambda_sl, sin_lambda_sl, cos_lambda_sl, sin_mu, cos_mu, px, py;
 110
 111     lambda_sl = atan( E*E * tan(lat_geod) ); // sea level geocentric latitude
 112     sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
 113     cos_lambda_sl = cos( lambda_sl );
 114     sin_mu = sin(lat_geod);                  // Geodetic (map makers') latitude
 115     cos_mu = cos(lat_geod);
 116     *sl_radius =
 117         sqrt(RESQ_M / (1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
 118     py = *sl_radius*sin_lambda_sl + alt*sin_mu;
 119     px = *sl_radius*cos_lambda_sl + alt*cos_mu;
 120     *lat_geoc = atan2( py, px );
 121 }
 122
 123
 124 /***************************************************************************
 125
 126         TITLE:  ls_geodesy
 127
 128 ----------------------------------------------------------------------------
 129
 130         FUNCTION:       Converts geocentric coordinates to geodetic positions
 131
 132 ----------------------------------------------------------------------------
 133
 134         MODULE STATUS:  developmental
 135
 136 ----------------------------------------------------------------------------
 137
 138         GENEALOGY:      Written as part of LaRCSim project by E. B. Jackson
 139
 140 ----------------------------------------------------------------------------
 141
 142         DESIGNED BY:    E. B. Jackson
 143
 144         CODED BY:       E. B. Jackson
 145
 146         MAINTAINED BY:  E. B. Jackson
 147
 148 ----------------------------------------------------------------------------
 149
 150         MODIFICATION HISTORY:
 151
 152         DATE    PURPOSE                                         BY
 153
 154         930208  Modified to avoid singularity near polar region.        EBJ
 155         930602  Moved backwards calcs here from ls_step.                EBJ
 156         931214  Changed erroneous Latitude and Altitude variables to
 157                 *lat_geod and *alt in routine ls_geoc_to_geod.          EBJ
 158         940111  Changed header files from old ls_eom.h style to ls_types,
 159                 and ls_constants.  Also replaced old DATA type with new
 160                 SCALAR type.                                            EBJ
 161
 162         CURRENT RCS HEADER:
 163
 164 $Header$
 165  * Revision 1.5  1994/01/11  18:47:05  bjax
 166  * Changed include files to use types and constants, not ls_eom.h
 167  * Also changed DATA type to SCALAR type.
 168  *
 169  * Revision 1.4  1993/12/14  21:06:47  bjax
 170  * Removed global variable references Altitude and Latitude.   EBJ
 171  *
 172  * Revision 1.3  1993/06/02  15:03:40  bjax
 173  * Made new subroutine for calculating geodetic to geocentric; changed name
 174  * of forward conversion routine from ls_geodesy to ls_geoc_to_geod.
 175  *
 176
 177 ----------------------------------------------------------------------------
 178
 179         REFERENCES:
 180
 181                 [ 1]    Stevens, Brian L.; and Lewis, Frank L.: "Aircraft
 182                         Control and Simulation", Wiley and Sons, 1992.
 183                         ISBN 0-471-61397-5
 184
 185
 186 ----------------------------------------------------------------------------
 187
 188         CALLED BY:      ls_aux
 189
 190 ----------------------------------------------------------------------------
 191
 192         CALLS TO:
 193
 194 ----------------------------------------------------------------------------
 195
 196         INPUTS:
 197                 lat_geoc        Geocentric latitude, radians, + = North
 198                 radius          C.G. radius to earth center, ft
 199
 200 ----------------------------------------------------------------------------
 201
 202         OUTPUTS:
 203                 lat_geod        Geodetic latitude, radians, + = North
 204                 alt             C.G. altitude above mean sea level, ft
 205                 sea_level_r     radius from earth center to sea level at
 206                                 local vertical (surface normal) of C.G.
 207
 208 --------------------------------------------------------------------------*/
 209
 210