Math/fg_geodesy.c

   1 /**************************************************************************
   2  * fg_geodesy.c -- routines to convert between geodetic and geocentric
   3  *                 coordinate systems.
   4  *
   5  * Copied and adapted directly from LaRCsim/ls_geodesy.c
   6  *
   7  * See below for the complete original LaRCsim comments.
   8  *
   9  * $Id$
  10  * (Log is kept at end of this file)
  11  **************************************************************************/
  12
  13
  14 #include <math.h>
  15
  16 #include "fg_geodesy.h"
  17 #include "../Include/constants.h"
  18
  19
  20 /* ONE_SECOND is pi/180/60/60, or about 100 feet at earths' equator */
  21 #define ONE_SECOND 4.848136811E-6
  22
  23
  24 /* fgGeocToGeod(lat_geoc, radius, *lat_geod, *alt, *sea_level_r)
  25  *     INPUTS:
  26  *         lat_geoc     Geocentric latitude, radians, + = North
  27  *         radius       C.G. radius to earth center, ft
  28  *
  29  *     OUTPUTS:
  30  *         lat_geod     Geodetic latitude, radians, + = North
  31  *         alt          C.G. altitude above mean sea level, ft
  32  *         sea_level_r  radius from earth center to sea level at
  33  *                      local vertical (surface normal) of C.G.
  34  */
  35
  36 void fgGeocToGeod( double lat_geoc, double radius, double
  37                    *lat_geod, double *alt, double *sea_level_r )
  38 {
  39     double t_lat, x_alpha, mu_alpha, delt_mu, r_alpha, l_point, rho_alpha;
  40     double sin_mu_a, denom,delt_lambda, lambda_sl, sin_lambda_sl;
  41
  42     if( ( (FG_PI_2 - lat_geoc) < ONE_SECOND )     /* near North pole */
  43         || ( (FG_PI_2 + lat_geoc) < ONE_SECOND ) )   /* near South pole */
  44     {
  45         *lat_geod = lat_geoc;
  46         *sea_level_r = EQUATORIAL_RADIUS_KM*E;
  47         *alt = radius - *sea_level_r;
  48     } else {
  49         t_lat = tan(lat_geoc);
  50         x_alpha = E*EQUATORIAL_RADIUS_KM/sqrt(t_lat*t_lat + E*E);
  51         mu_alpha = atan2(sqrt(RESQ_KM - x_alpha*x_alpha),E*x_alpha);
  52         if (lat_geoc < 0) mu_alpha = - mu_alpha;
  53         sin_mu_a = sin(mu_alpha);
  54         delt_lambda = mu_alpha - lat_geoc;
  55         r_alpha = x_alpha/cos(lat_geoc);
  56         l_point = radius - r_alpha;
  57         *alt = l_point*cos(delt_lambda);
  58         denom = sqrt(1-EPS*EPS*sin_mu_a*sin_mu_a);
  59         rho_alpha = EQUATORIAL_RADIUS_KM*(1-EPS)/
  60             (denom*denom*denom);
  61         delt_mu = atan2(l_point*sin(delt_lambda),rho_alpha + *alt);
  62         *lat_geod = mu_alpha - delt_mu;
  63         lambda_sl = atan( E*E * tan(*lat_geod) ); /* SL geoc. latitude */
  64         sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
  65         *sea_level_r =
  66             sqrt(RESQ_KM / (1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
  67     }
  68 }
  69
  70
  71 /* fgGeodToGeoc( lat_geod, alt, *sl_radius, *lat_geoc )
  72  *     INPUTS:
  73  *         lat_geod     Geodetic latitude, radians, + = North
  74  *         alt          C.G. altitude above mean sea level, ft
  75  *
  76  *     OUTPUTS:
  77  *         sl_radius    SEA LEVEL radius to earth center, ft (add Altitude to
  78  *                      get true distance from earth center.
  79  *         lat_geoc     Geocentric latitude, radians, + = North
  80  *
  81  */
  82
  83 void fgGeodToGeoc( double lat_geod, double alt, double *sl_radius,
  84                       double *lat_geoc )
  85 {
  86     double lambda_sl, sin_lambda_sl, cos_lambda_sl, sin_mu, cos_mu, px, py;
  87
  88     lambda_sl = atan( E*E * tan(lat_geod) ); /* sea level geocentric latitude */
  89     sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
  90     cos_lambda_sl = cos( lambda_sl );
  91     sin_mu = sin(lat_geod);     /* Geodetic (map makers') latitude */
  92     cos_mu = cos(lat_geod);
  93     *sl_radius =
  94         sqrt(RESQ_KM / (1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
  95     py = *sl_radius*sin_lambda_sl + alt*sin_mu;
  96     px = *sl_radius*cos_lambda_sl + alt*cos_mu;
  97     *lat_geoc = atan2( py, px );
  98 }
  99
 100
 101 /***************************************************************************
 102
 103         TITLE:  ls_geodesy
 104
 105 ----------------------------------------------------------------------------
 106
 107         FUNCTION:       Converts geocentric coordinates to geodetic positions
 108
 109 ----------------------------------------------------------------------------
 110
 111         MODULE STATUS:  developmental
 112
 113 ----------------------------------------------------------------------------
 114
 115         GENEALOGY:      Written as part of LaRCSim project by E. B. Jackson
 116
 117 ----------------------------------------------------------------------------
 118
 119         DESIGNED BY:    E. B. Jackson
 120
 121         CODED BY:       E. B. Jackson
 122
 123         MAINTAINED BY:  E. B. Jackson
 124
 125 ----------------------------------------------------------------------------
 126
 127         MODIFICATION HISTORY:
 128
 129         DATE    PURPOSE                                         BY
 130
 131         930208  Modified to avoid singularity near polar region.        EBJ
 132         930602  Moved backwards calcs here from ls_step.                EBJ
 133         931214  Changed erroneous Latitude and Altitude variables to
 134                 *lat_geod and *alt in routine ls_geoc_to_geod.          EBJ
 135         940111  Changed header files from old ls_eom.h style to ls_types,
 136                 and ls_constants.  Also replaced old DATA type with new
 137                 SCALAR type.                                            EBJ
 138
 139         CURRENT RCS HEADER:
 140
 141 $Header$
 142 $Log$
 143 Revision 1.2  1997/12/15 23:54:54  curt
 144 Add xgl wrappers for debugging.
 145 Generate terrain normals on the fly.
 146
 147 Revision 1.1  1997/07/31 23:13:14  curt
 148 Initial revision.
 149
 150 Revision 1.1  1997/05/29 00:09:56  curt
 151 Initial Flight Gear revision.
 152
 153  * Revision 1.5  1994/01/11  18:47:05  bjax
 154  * Changed include files to use types and constants, not ls_eom.h
 155  * Also changed DATA type to SCALAR type.
 156  *
 157  * Revision 1.4  1993/12/14  21:06:47  bjax
 158  * Removed global variable references Altitude and Latitude.   EBJ
 159  *
 160  * Revision 1.3  1993/06/02  15:03:40  bjax
 161  * Made new subroutine for calculating geodetic to geocentric; changed name
 162  * of forward conversion routine from ls_geodesy to ls_geoc_to_geod.
 163  *
 164
 165 ----------------------------------------------------------------------------
 166
 167         REFERENCES:
 168
 169                 [ 1]    Stevens, Brian L.; and Lewis, Frank L.: "Aircraft
 170                         Control and Simulation", Wiley and Sons, 1992.
 171                         ISBN 0-471-61397-5
 172
 173
 174 ----------------------------------------------------------------------------
 175
 176         CALLED BY:      ls_aux
 177
 178 ----------------------------------------------------------------------------
 179
 180         CALLS TO:
 181
 182 ----------------------------------------------------------------------------
 183
 184         INPUTS:
 185                 lat_geoc        Geocentric latitude, radians, + = North
 186                 radius          C.G. radius to earth center, ft
 187
 188 ----------------------------------------------------------------------------
 189
 190         OUTPUTS:
 191                 lat_geod        Geodetic latitude, radians, + = North
 192                 alt             C.G. altitude above mean sea level, ft
 193                 sea_level_r     radius from earth center to sea level at
 194                                 local vertical (surface normal) of C.G.
 195
 196 --------------------------------------------------------------------------*/
 197
 198
 199 /* $Log$
 200 /* Revision 1.2  1997/12/15 23:54:54  curt
 201 /* Add xgl wrappers for debugging.
 202 /* Generate terrain normals on the fly.
 203 /*
 204  * Revision 1.1  1997/07/31 23:13:14  curt
 205  * Initial revision.
 206  *
 207  */