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 // (Log is kept at end of this file)
  10
  11
  12 #include <math.h>
  13 #include <errno.h>
  14
  15 #include <Include/fg_constants.h>
  16 #include <Math/fg_geodesy.hxx>
  17 #include <Math/point3d.hxx>
  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 (meters)
  28 //
  29 //     OUTPUTS:
  30 //         lat_geod     Geodetic latitude, radians, + = North
  31 //         alt          C.G. altitude above mean sea level (meters)
  32 //         sea_level_r  radius from earth center to sea level at
  33 //                      local vertical (surface normal) of C.G. (meters)
  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_M*E;
  47         *alt = radius - *sea_level_r;
  48     } else {
  49         t_lat = tan(lat_geoc);
  50         x_alpha = E*EQUATORIAL_RADIUS_M/sqrt(t_lat*t_lat + E*E);
  51         mu_alpha = atan2(sqrt(RESQ_M - 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
  59         // check for domain error
  60         if ( errno == EDOM ) {
  61             cout << "Domain ERROR in fgGeocToGeod!!!!\n";
  62             *alt = 0.0;
  63         }
  64
  65         denom = sqrt(1-EPS*EPS*sin_mu_a*sin_mu_a);
  66         rho_alpha = EQUATORIAL_RADIUS_M*(1-EPS)/
  67             (denom*denom*denom);
  68         delt_mu = atan2(l_point*sin(delt_lambda),rho_alpha + *alt);
  69         *lat_geod = mu_alpha - delt_mu;
  70         lambda_sl = atan( E*E * tan(*lat_geod) ); // SL geoc. latitude
  71         sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
  72         *sea_level_r =
  73             sqrt(RESQ_M / (1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
  74
  75         // check for domain error
  76         if ( errno == EDOM ) {
  77             cout << "Domain ERROR in fgGeocToGeod!!!!\n";
  78             *sea_level_r = 0.0;
  79         }
  80     }
  81
  82 }
  83
  84
  85 // fgGeodToGeoc( lat_geod, alt, *sl_radius, *lat_geoc )
  86 //     INPUTS:
  87 //         lat_geod     Geodetic latitude, radians, + = North
  88 //         alt          C.G. altitude above mean sea level (meters)
  89 //
  90 //     OUTPUTS:
  91 //         sl_radius    SEA LEVEL radius to earth center (meters)
  92 //                      (add Altitude to get true distance from earth center.
  93 //         lat_geoc     Geocentric latitude, radians, + = North
  94 //
  95
  96
  97 void fgGeodToGeoc( double lat_geod, double alt, double *sl_radius,
  98                       double *lat_geoc )
  99 {
 100     double lambda_sl, sin_lambda_sl, cos_lambda_sl, sin_mu, cos_mu, px, py;
 101
 102     lambda_sl = atan( E*E * tan(lat_geod) ); // sea level geocentric latitude
 103     sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
 104     cos_lambda_sl = cos( lambda_sl );
 105     sin_mu = sin(lat_geod);                  // Geodetic (map makers') latitude
 106     cos_mu = cos(lat_geod);
 107     *sl_radius =
 108         sqrt(RESQ_M / (1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
 109     py = *sl_radius*sin_lambda_sl + alt*sin_mu;
 110     px = *sl_radius*cos_lambda_sl + alt*cos_mu;
 111     *lat_geoc = atan2( py, px );
 112 }
 113
 114
 115 /***************************************************************************
 116
 117         TITLE:  ls_geodesy
 118
 119 ----------------------------------------------------------------------------
 120
 121         FUNCTION:       Converts geocentric coordinates to geodetic positions
 122
 123 ----------------------------------------------------------------------------
 124
 125         MODULE STATUS:  developmental
 126
 127 ----------------------------------------------------------------------------
 128
 129         GENEALOGY:      Written as part of LaRCSim project by E. B. Jackson
 130
 131 ----------------------------------------------------------------------------
 132
 133         DESIGNED BY:    E. B. Jackson
 134
 135         CODED BY:       E. B. Jackson
 136
 137         MAINTAINED BY:  E. B. Jackson
 138
 139 ----------------------------------------------------------------------------
 140
 141         MODIFICATION HISTORY:
 142
 143         DATE    PURPOSE                                         BY
 144
 145         930208  Modified to avoid singularity near polar region.        EBJ
 146         930602  Moved backwards calcs here from ls_step.                EBJ
 147         931214  Changed erroneous Latitude and Altitude variables to
 148                 *lat_geod and *alt in routine ls_geoc_to_geod.          EBJ
 149         940111  Changed header files from old ls_eom.h style to ls_types,
 150                 and ls_constants.  Also replaced old DATA type with new
 151                 SCALAR type.                                            EBJ
 152
 153         CURRENT RCS HEADER:
 154
 155 $Header$
 156 $Log$
 157 Revision 1.3  1998/11/11 00:18:36  curt
 158 Check for domain error in fgGeoctoGeod()
 159
 160 Revision 1.2  1998/10/16 23:36:36  curt
 161 c++-ifying.
 162
 163 Revision 1.1  1998/10/16 19:30:40  curt
 164 Renamed .c -> .h so we can start adding c++ supporting routines.
 165
 166 Revision 1.6  1998/07/08 14:40:07  curt
 167 polar3d.[ch] renamed to polar3d.[ch]xx, vector.[ch] renamed to vector.[ch]xx
 168 Updated fg_geodesy comments to reflect that routines expect and produce
 169   meters.
 170
 171 Revision 1.5  1998/04/25 22:06:23  curt
 172 Edited cvs log messages in source files ... bad bad bad!
 173
 174 Revision 1.4  1998/01/27 00:47:59  curt
 175 Incorporated Paul Bleisch's <pbleisch@acm.org> new debug message
 176 system and commandline/config file processing code.
 177
 178 Revision 1.3  1998/01/19 19:27:12  curt
 179 Merged in make system changes from Bob Kuehne <rpk@sgi.com>
 180 This should simplify things tremendously.
 181
 182 Revision 1.2  1997/12/15 23:54:54  curt
 183 Add xgl wrappers for debugging.
 184 Generate terrain normals on the fly.
 185
 186 Revision 1.1  1997/07/31 23:13:14  curt
 187 Initial revision.
 188
 189 Revision 1.1  1997/05/29 00:09:56  curt
 190 Initial Flight Gear revision.
 191
 192  * Revision 1.5  1994/01/11  18:47:05  bjax
 193  * Changed include files to use types and constants, not ls_eom.h
 194  * Also changed DATA type to SCALAR type.
 195  *
 196  * Revision 1.4  1993/12/14  21:06:47  bjax
 197  * Removed global variable references Altitude and Latitude.   EBJ
 198  *
 199  * Revision 1.3  1993/06/02  15:03:40  bjax
 200  * Made new subroutine for calculating geodetic to geocentric; changed name
 201  * of forward conversion routine from ls_geodesy to ls_geoc_to_geod.
 202  *
 203
 204 ----------------------------------------------------------------------------
 205
 206         REFERENCES:
 207
 208                 [ 1]    Stevens, Brian L.; and Lewis, Frank L.: "Aircraft
 209                         Control and Simulation", Wiley and Sons, 1992.
 210                         ISBN 0-471-61397-5
 211
 212
 213 ----------------------------------------------------------------------------
 214
 215         CALLED BY:      ls_aux
 216
 217 ----------------------------------------------------------------------------
 218
 219         CALLS TO:
 220
 221 ----------------------------------------------------------------------------
 222
 223         INPUTS:
 224                 lat_geoc        Geocentric latitude, radians, + = North
 225                 radius          C.G. radius to earth center, ft
 226
 227 ----------------------------------------------------------------------------
 228
 229         OUTPUTS:
 230                 lat_geod        Geodetic latitude, radians, + = North
 231                 alt             C.G. altitude above mean sea level, ft
 232                 sea_level_r     radius from earth center to sea level at
 233                                 local vertical (surface normal) of C.G.
 234
 235 --------------------------------------------------------------------------*/
 236
 237
 238 // $Log$
 239 // Revision 1.3  1998/11/11 00:18:36  curt
 240 // Check for domain error in fgGeoctoGeod()
 241 //
 242 // Revision 1.2  1998/10/16 23:36:36  curt
 243 // c++-ifying.
 244 //
 245 // Revision 1.1  1998/10/16 19:30:40  curt
 246 // Renamed .c -> .h so we can start adding c++ supporting routines.
 247 //
 248 // Revision 1.6  1998/07/08 14:40:07  curt
 249 // polar3d.[ch] renamed to polar3d.[ch]xx, vector.[ch] renamed to vector.[ch]xx
 250 // Updated fg_geodesy comments to reflect that routines expect and produce
 251 //   meters.
 252 //
 253 // Revision 1.5  1998/04/25 22:06:23  curt
 254 // Edited cvs log messages in source files ... bad bad bad!
 255 //
 256 // Revision 1.4  1998/01/27 00:47:59  curt
 257 // Incorporated Paul Bleisch's <pbleisch@acm.org> new debug message
 258 // system and commandline/config file processing code.
 259 //
 260 // Revision 1.3  1998/01/19 19:27:12  curt
 261 // Merged in make system changes from Bob Kuehne <rpk@sgi.com>
 262 // This should simplify things tremendously.
 263 //
 264 // Revision 1.2  1997/12/15 23:54:54  curt
 265 // Add xgl wrappers for debugging.
 266 // Generate terrain normals on the fly.
 267 //
 268 // Revision 1.1  1997/07/31 23:13:14  curt
 269 // Initial revision.
 270 //
 271