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         double tmp = RESQ_M - x_alpha * x_alpha;
  52         if ( tmp < 0.0 ) { tmp = 0.0; }
  53         mu_alpha = atan2(sqrt(tmp),E*x_alpha);
  54         if (lat_geoc < 0) mu_alpha = - mu_alpha;
  55         sin_mu_a = sin(mu_alpha);
  56         delt_lambda = mu_alpha - lat_geoc;
  57         r_alpha = x_alpha/cos(lat_geoc);
  58         l_point = radius - r_alpha;
  59         *alt = l_point*cos(delt_lambda);
  60
  61         // check for domain error
  62         if ( errno == EDOM ) {
  63             cout << "Domain ERROR in fgGeocToGeod!!!!\n";
  64             *alt = 0.0;
  65         }
  66
  67         denom = sqrt(1-EPS*EPS*sin_mu_a*sin_mu_a);
  68         rho_alpha = EQUATORIAL_RADIUS_M*(1-EPS)/
  69             (denom*denom*denom);
  70         delt_mu = atan2(l_point*sin(delt_lambda),rho_alpha + *alt);
  71         *lat_geod = mu_alpha - delt_mu;
  72         lambda_sl = atan( E*E * tan(*lat_geod) ); // SL geoc. latitude
  73         sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
  74         *sea_level_r =
  75             sqrt(RESQ_M / (1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
  76
  77         // check for domain error
  78         if ( errno == EDOM ) {
  79             cout << "Domain ERROR in fgGeocToGeod!!!!\n";
  80             *sea_level_r = 0.0;
  81         }
  82     }
  83
  84 }
  85
  86
  87 // fgGeodToGeoc( lat_geod, alt, *sl_radius, *lat_geoc )
  88 //     INPUTS:
  89 //         lat_geod     Geodetic latitude, radians, + = North
  90 //         alt          C.G. altitude above mean sea level (meters)
  91 //
  92 //     OUTPUTS:
  93 //         sl_radius    SEA LEVEL radius to earth center (meters)
  94 //                      (add Altitude to get true distance from earth center.
  95 //         lat_geoc     Geocentric latitude, radians, + = North
  96 //
  97
  98
  99 void fgGeodToGeoc( double lat_geod, double alt, double *sl_radius,
 100                       double *lat_geoc )
 101 {
 102     double lambda_sl, sin_lambda_sl, cos_lambda_sl, sin_mu, cos_mu, px, py;
 103
 104     lambda_sl = atan( E*E * tan(lat_geod) ); // sea level geocentric latitude
 105     sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
 106     cos_lambda_sl = cos( lambda_sl );
 107     sin_mu = sin(lat_geod);                  // Geodetic (map makers') latitude
 108     cos_mu = cos(lat_geod);
 109     *sl_radius =
 110         sqrt(RESQ_M / (1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
 111     py = *sl_radius*sin_lambda_sl + alt*sin_mu;
 112     px = *sl_radius*cos_lambda_sl + alt*cos_mu;
 113     *lat_geoc = atan2( py, px );
 114 }
 115
 116
 117 /***************************************************************************
 118
 119         TITLE:  ls_geodesy
 120
 121 ----------------------------------------------------------------------------
 122
 123         FUNCTION:       Converts geocentric coordinates to geodetic positions
 124
 125 ----------------------------------------------------------------------------
 126
 127         MODULE STATUS:  developmental
 128
 129 ----------------------------------------------------------------------------
 130
 131         GENEALOGY:      Written as part of LaRCSim project by E. B. Jackson
 132
 133 ----------------------------------------------------------------------------
 134
 135         DESIGNED BY:    E. B. Jackson
 136
 137         CODED BY:       E. B. Jackson
 138
 139         MAINTAINED BY:  E. B. Jackson
 140
 141 ----------------------------------------------------------------------------
 142
 143         MODIFICATION HISTORY:
 144
 145         DATE    PURPOSE                                         BY
 146
 147         930208  Modified to avoid singularity near polar region.        EBJ
 148         930602  Moved backwards calcs here from ls_step.                EBJ
 149         931214  Changed erroneous Latitude and Altitude variables to
 150                 *lat_geod and *alt in routine ls_geoc_to_geod.          EBJ
 151         940111  Changed header files from old ls_eom.h style to ls_types,
 152                 and ls_constants.  Also replaced old DATA type with new
 153                 SCALAR type.                                            EBJ
 154
 155         CURRENT RCS HEADER:
 156
 157 $Header$
 158 $Log$
 159 Revision 1.4  1998/11/20 01:00:36  curt
 160 Patch in fgGeoc2Geod() to avoid a floating explosion.
 161 point3d.hxx include math.h for FreeBSD
 162
 163 Revision 1.3  1998/11/11 00:18:36  curt
 164 Check for domain error in fgGeoctoGeod()
 165
 166 Revision 1.2  1998/10/16 23:36:36  curt
 167 c++-ifying.
 168
 169 Revision 1.1  1998/10/16 19:30:40  curt
 170 Renamed .c -> .h so we can start adding c++ supporting routines.
 171
 172 Revision 1.6  1998/07/08 14:40:07  curt
 173 polar3d.[ch] renamed to polar3d.[ch]xx, vector.[ch] renamed to vector.[ch]xx
 174 Updated fg_geodesy comments to reflect that routines expect and produce
 175   meters.
 176
 177 Revision 1.5  1998/04/25 22:06:23  curt
 178 Edited cvs log messages in source files ... bad bad bad!
 179
 180 Revision 1.4  1998/01/27 00:47:59  curt
 181 Incorporated Paul Bleisch's <pbleisch@acm.org> new debug message
 182 system and commandline/config file processing code.
 183
 184 Revision 1.3  1998/01/19 19:27:12  curt
 185 Merged in make system changes from Bob Kuehne <rpk@sgi.com>
 186 This should simplify things tremendously.
 187
 188 Revision 1.2  1997/12/15 23:54:54  curt
 189 Add xgl wrappers for debugging.
 190 Generate terrain normals on the fly.
 191
 192 Revision 1.1  1997/07/31 23:13:14  curt
 193 Initial revision.
 194
 195 Revision 1.1  1997/05/29 00:09:56  curt
 196 Initial Flight Gear revision.
 197
 198  * Revision 1.5  1994/01/11  18:47:05  bjax
 199  * Changed include files to use types and constants, not ls_eom.h
 200  * Also changed DATA type to SCALAR type.
 201  *
 202  * Revision 1.4  1993/12/14  21:06:47  bjax
 203  * Removed global variable references Altitude and Latitude.   EBJ
 204  *
 205  * Revision 1.3  1993/06/02  15:03:40  bjax
 206  * Made new subroutine for calculating geodetic to geocentric; changed name
 207  * of forward conversion routine from ls_geodesy to ls_geoc_to_geod.
 208  *
 209
 210 ----------------------------------------------------------------------------
 211
 212         REFERENCES:
 213
 214                 [ 1]    Stevens, Brian L.; and Lewis, Frank L.: "Aircraft
 215                         Control and Simulation", Wiley and Sons, 1992.
 216                         ISBN 0-471-61397-5
 217
 218
 219 ----------------------------------------------------------------------------
 220
 221         CALLED BY:      ls_aux
 222
 223 ----------------------------------------------------------------------------
 224
 225         CALLS TO:
 226
 227 ----------------------------------------------------------------------------
 228
 229         INPUTS:
 230                 lat_geoc        Geocentric latitude, radians, + = North
 231                 radius          C.G. radius to earth center, ft
 232
 233 ----------------------------------------------------------------------------
 234
 235         OUTPUTS:
 236                 lat_geod        Geodetic latitude, radians, + = North
 237                 alt             C.G. altitude above mean sea level, ft
 238                 sea_level_r     radius from earth center to sea level at
 239                                 local vertical (surface normal) of C.G.
 240
 241 --------------------------------------------------------------------------*/
 242
 243
 244 // $Log$
 245 // Revision 1.4  1998/11/20 01:00:36  curt
 246 // Patch in fgGeoc2Geod() to avoid a floating explosion.
 247 // point3d.hxx include math.h for FreeBSD
 248 //
 249 // Revision 1.3  1998/11/11 00:18:36  curt
 250 // Check for domain error in fgGeoctoGeod()
 251 //
 252 // Revision 1.2  1998/10/16 23:36:36  curt
 253 // c++-ifying.
 254 //
 255 // Revision 1.1  1998/10/16 19:30:40  curt
 256 // Renamed .c -> .h so we can start adding c++ supporting routines.
 257 //
 258 // Revision 1.6  1998/07/08 14:40:07  curt
 259 // polar3d.[ch] renamed to polar3d.[ch]xx, vector.[ch] renamed to vector.[ch]xx
 260 // Updated fg_geodesy comments to reflect that routines expect and produce
 261 //   meters.
 262 //
 263 // Revision 1.5  1998/04/25 22:06:23  curt
 264 // Edited cvs log messages in source files ... bad bad bad!
 265 //
 266 // Revision 1.4  1998/01/27 00:47:59  curt
 267 // Incorporated Paul Bleisch's <pbleisch@acm.org> new debug message
 268 // system and commandline/config file processing code.
 269 //
 270 // Revision 1.3  1998/01/19 19:27:12  curt
 271 // Merged in make system changes from Bob Kuehne <rpk@sgi.com>
 272 // This should simplify things tremendously.
 273 //
 274 // Revision 1.2  1997/12/15 23:54:54  curt
 275 // Add xgl wrappers for debugging.
 276 // Generate terrain normals on the fly.
 277 //
 278 // Revision 1.1  1997/07/31 23:13:14  curt
 279 // Initial revision.
 280 //
 281