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
  14 #include <Include/fg_constants.h>
  15 #include <Math/fg_geodesy.hxx>
  16 #include <Math/point3d.hxx>
  17
  18
  19 // ONE_SECOND is pi/180/60/60, or about 100 feet at earths' equator
  20 #define ONE_SECOND 4.848136811E-6
  21
  22
  23 // fgGeocToGeod(lat_geoc, radius, *lat_geod, *alt, *sea_level_r)
  24 //     INPUTS:
  25 //         lat_geoc     Geocentric latitude, radians, + = North
  26 //         radius       C.G. radius to earth center (meters)
  27 //
  28 //     OUTPUTS:
  29 //         lat_geod     Geodetic latitude, radians, + = North
  30 //         alt          C.G. altitude above mean sea level (meters)
  31 //         sea_level_r  radius from earth center to sea level at
  32 //                      local vertical (surface normal) of C.G. (meters)
  33
  34
  35 void fgGeocToGeod( double lat_geoc, double radius, double
  36                    *lat_geod, double *alt, double *sea_level_r )
  37 {
  38     double t_lat, x_alpha, mu_alpha, delt_mu, r_alpha, l_point, rho_alpha;
  39     double sin_mu_a, denom,delt_lambda, lambda_sl, sin_lambda_sl;
  40
  41     if( ( (FG_PI_2 - lat_geoc) < ONE_SECOND )        // near North pole
  42         || ( (FG_PI_2 + lat_geoc) < ONE_SECOND ) )   // near South pole
  43     {
  44         *lat_geod = lat_geoc;
  45         *sea_level_r = EQUATORIAL_RADIUS_M*E;
  46         *alt = radius - *sea_level_r;
  47     } else {
  48         t_lat = tan(lat_geoc);
  49         x_alpha = E*EQUATORIAL_RADIUS_M/sqrt(t_lat*t_lat + E*E);
  50         mu_alpha = atan2(sqrt(RESQ_M - x_alpha*x_alpha),E*x_alpha);
  51         if (lat_geoc < 0) mu_alpha = - mu_alpha;
  52         sin_mu_a = sin(mu_alpha);
  53         delt_lambda = mu_alpha - lat_geoc;
  54         r_alpha = x_alpha/cos(lat_geoc);
  55         l_point = radius - r_alpha;
  56         *alt = l_point*cos(delt_lambda);
  57         denom = sqrt(1-EPS*EPS*sin_mu_a*sin_mu_a);
  58         rho_alpha = EQUATORIAL_RADIUS_M*(1-EPS)/
  59             (denom*denom*denom);
  60         delt_mu = atan2(l_point*sin(delt_lambda),rho_alpha + *alt);
  61         *lat_geod = mu_alpha - delt_mu;
  62         lambda_sl = atan( E*E * tan(*lat_geod) ); // SL geoc. latitude
  63         sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
  64         *sea_level_r =
  65             sqrt(RESQ_M / (1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
  66     }
  67 }
  68
  69
  70 // fgGeodToGeoc( lat_geod, alt, *sl_radius, *lat_geoc )
  71 //     INPUTS:
  72 //         lat_geod     Geodetic latitude, radians, + = North
  73 //         alt          C.G. altitude above mean sea level (meters)
  74 //
  75 //     OUTPUTS:
  76 //         sl_radius    SEA LEVEL radius to earth center (meters)
  77 //                      (add Altitude to get true distance from earth center.
  78 //         lat_geoc     Geocentric latitude, radians, + = North
  79 //
  80
  81
  82 void fgGeodToGeoc( double lat_geod, double alt, double *sl_radius,
  83                       double *lat_geoc )
  84 {
  85     double lambda_sl, sin_lambda_sl, cos_lambda_sl, sin_mu, cos_mu, px, py;
  86
  87     lambda_sl = atan( E*E * tan(lat_geod) ); // sea level geocentric latitude
  88     sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
  89     cos_lambda_sl = cos( lambda_sl );
  90     sin_mu = sin(lat_geod);                  // Geodetic (map makers') latitude
  91     cos_mu = cos(lat_geod);
  92     *sl_radius =
  93         sqrt(RESQ_M / (1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
  94     py = *sl_radius*sin_lambda_sl + alt*sin_mu;
  95     px = *sl_radius*cos_lambda_sl + alt*cos_mu;
  96     *lat_geoc = atan2( py, px );
  97 }
  98
  99
 100 /***************************************************************************
 101
 102         TITLE:  ls_geodesy
 103
 104 ----------------------------------------------------------------------------
 105
 106         FUNCTION:       Converts geocentric coordinates to geodetic positions
 107
 108 ----------------------------------------------------------------------------
 109
 110         MODULE STATUS:  developmental
 111
 112 ----------------------------------------------------------------------------
 113
 114         GENEALOGY:      Written as part of LaRCSim project by E. B. Jackson
 115
 116 ----------------------------------------------------------------------------
 117
 118         DESIGNED BY:    E. B. Jackson
 119
 120         CODED BY:       E. B. Jackson
 121
 122         MAINTAINED BY:  E. B. Jackson
 123
 124 ----------------------------------------------------------------------------
 125
 126         MODIFICATION HISTORY:
 127
 128         DATE    PURPOSE                                         BY
 129
 130         930208  Modified to avoid singularity near polar region.        EBJ
 131         930602  Moved backwards calcs here from ls_step.                EBJ
 132         931214  Changed erroneous Latitude and Altitude variables to
 133                 *lat_geod and *alt in routine ls_geoc_to_geod.          EBJ
 134         940111  Changed header files from old ls_eom.h style to ls_types,
 135                 and ls_constants.  Also replaced old DATA type with new
 136                 SCALAR type.                                            EBJ
 137
 138         CURRENT RCS HEADER:
 139
 140 $Header$
 141 $Log$
 142 Revision 1.2  1998/10/16 23:36:36  curt
 143 c++-ifying.
 144
 145 Revision 1.1  1998/10/16 19:30:40  curt
 146 Renamed .c -> .h so we can start adding c++ supporting routines.
 147
 148 Revision 1.6  1998/07/08 14:40:07  curt
 149 polar3d.[ch] renamed to polar3d.[ch]xx, vector.[ch] renamed to vector.[ch]xx
 150 Updated fg_geodesy comments to reflect that routines expect and produce
 151   meters.
 152
 153 Revision 1.5  1998/04/25 22:06:23  curt
 154 Edited cvs log messages in source files ... bad bad bad!
 155
 156 Revision 1.4  1998/01/27 00:47:59  curt
 157 Incorporated Paul Bleisch's <pbleisch@acm.org> new debug message
 158 system and commandline/config file processing code.
 159
 160 Revision 1.3  1998/01/19 19:27:12  curt
 161 Merged in make system changes from Bob Kuehne <rpk@sgi.com>
 162 This should simplify things tremendously.
 163
 164 Revision 1.2  1997/12/15 23:54:54  curt
 165 Add xgl wrappers for debugging.
 166 Generate terrain normals on the fly.
 167
 168 Revision 1.1  1997/07/31 23:13:14  curt
 169 Initial revision.
 170
 171 Revision 1.1  1997/05/29 00:09:56  curt
 172 Initial Flight Gear revision.
 173
 174  * Revision 1.5  1994/01/11  18:47:05  bjax
 175  * Changed include files to use types and constants, not ls_eom.h
 176  * Also changed DATA type to SCALAR type.
 177  *
 178  * Revision 1.4  1993/12/14  21:06:47  bjax
 179  * Removed global variable references Altitude and Latitude.   EBJ
 180  *
 181  * Revision 1.3  1993/06/02  15:03:40  bjax
 182  * Made new subroutine for calculating geodetic to geocentric; changed name
 183  * of forward conversion routine from ls_geodesy to ls_geoc_to_geod.
 184  *
 185
 186 ----------------------------------------------------------------------------
 187
 188         REFERENCES:
 189
 190                 [ 1]    Stevens, Brian L.; and Lewis, Frank L.: "Aircraft
 191                         Control and Simulation", Wiley and Sons, 1992.
 192                         ISBN 0-471-61397-5
 193
 194
 195 ----------------------------------------------------------------------------
 196
 197         CALLED BY:      ls_aux
 198
 199 ----------------------------------------------------------------------------
 200
 201         CALLS TO:
 202
 203 ----------------------------------------------------------------------------
 204
 205         INPUTS:
 206                 lat_geoc        Geocentric latitude, radians, + = North
 207                 radius          C.G. radius to earth center, ft
 208
 209 ----------------------------------------------------------------------------
 210
 211         OUTPUTS:
 212                 lat_geod        Geodetic latitude, radians, + = North
 213                 alt             C.G. altitude above mean sea level, ft
 214                 sea_level_r     radius from earth center to sea level at
 215                                 local vertical (surface normal) of C.G.
 216
 217 --------------------------------------------------------------------------*/
 218
 219
 220 // $Log$
 221 // Revision 1.2  1998/10/16 23:36:36  curt
 222 // c++-ifying.
 223 //
 224 // Revision 1.1  1998/10/16 19:30:40  curt
 225 // Renamed .c -> .h so we can start adding c++ supporting routines.
 226 //
 227 // Revision 1.6  1998/07/08 14:40:07  curt
 228 // polar3d.[ch] renamed to polar3d.[ch]xx, vector.[ch] renamed to vector.[ch]xx
 229 // Updated fg_geodesy comments to reflect that routines expect and produce
 230 //   meters.
 231 //
 232 // Revision 1.5  1998/04/25 22:06:23  curt
 233 // Edited cvs log messages in source files ... bad bad bad!
 234 //
 235 // Revision 1.4  1998/01/27 00:47:59  curt
 236 // Incorporated Paul Bleisch's <pbleisch@acm.org> new debug message
 237 // system and commandline/config file processing code.
 238 //
 239 // Revision 1.3  1998/01/19 19:27:12  curt
 240 // Merged in make system changes from Bob Kuehne <rpk@sgi.com>
 241 // This should simplify things tremendously.
 242 //
 243 // Revision 1.2  1997/12/15 23:54:54  curt
 244 // Add xgl wrappers for debugging.
 245 // Generate terrain normals on the fly.
 246 //
 247 // Revision 1.1  1997/07/31 23:13:14  curt
 248 // Initial revision.
 249 //
 250