src/FDM/LaRCsim/ls_geodesy.c

   1 /***************************************************************************
   2
   3         TITLE:  ls_geodesy
   4
   5 ----------------------------------------------------------------------------
   6
   7         FUNCTION:       Converts geocentric coordinates to geodetic positions
   8
   9 ----------------------------------------------------------------------------
  10
  11         MODULE STATUS:  developmental
  12
  13 ----------------------------------------------------------------------------
  14
  15         GENEALOGY:      Written as part of LaRCSim project by E. B. Jackson
  16
  17 ----------------------------------------------------------------------------
  18
  19         DESIGNED BY:    E. B. Jackson
  20
  21         CODED BY:       E. B. Jackson
  22
  23         MAINTAINED BY:  E. B. Jackson
  24
  25 ----------------------------------------------------------------------------
  26
  27         MODIFICATION HISTORY:
  28
  29         DATE    PURPOSE                                         BY
  30
  31         930208  Modified to avoid singularity near polar region.        EBJ
  32         930602  Moved backwards calcs here from ls_step.                EBJ
  33         931214  Changed erroneous Latitude and Altitude variables to
  34                 *lat_geod and *alt in routine ls_geoc_to_geod.          EBJ
  35         940111  Changed header files from old ls_eom.h style to ls_types,
  36                 and ls_constants.  Also replaced old DATA type with new
  37                 SCALAR type.                                            EBJ
  38
  39         CURRENT RCS HEADER:
  40
  41 $Header$
  42 $Log$
  43 Revision 1.1  1999/04/05 21:32:45  curt
  44 Initial revision
  45
  46 Revision 1.3  1998/07/08 14:41:37  curt
  47 .
  48
  49 Revision 1.2  1998/01/19 18:40:25  curt
  50 Tons of little changes to clean up the code and to remove fatal errors
  51 when building with the c++ compiler.
  52
  53 Revision 1.1  1997/05/29 00:09:56  curt
  54 Initial Flight Gear revision.
  55
  56  * Revision 1.5  1994/01/11  18:47:05  bjax
  57  * Changed include files to use types and constants, not ls_eom.h
  58  * Also changed DATA type to SCALAR type.
  59  *
  60  * Revision 1.4  1993/12/14  21:06:47  bjax
  61  * Removed global variable references Altitude and Latitude.   EBJ
  62  *
  63  * Revision 1.3  1993/06/02  15:03:40  bjax
  64  * Made new subroutine for calculating geodetic to geocentric; changed name
  65  * of forward conversion routine from ls_geodesy to ls_geoc_to_geod.
  66  *
  67
  68 ----------------------------------------------------------------------------
  69
  70         REFERENCES:
  71
  72                 [ 1]    Stevens, Brian L.; and Lewis, Frank L.: "Aircraft
  73                         Control and Simulation", Wiley and Sons, 1992.
  74                         ISBN 0-471-61397-5
  75
  76
  77 ----------------------------------------------------------------------------
  78
  79         CALLED BY:      ls_aux
  80
  81 ----------------------------------------------------------------------------
  82
  83         CALLS TO:
  84
  85 ----------------------------------------------------------------------------
  86
  87         INPUTS:
  88                 lat_geoc        Geocentric latitude, radians, + = North
  89                 radius          C.G. radius to earth center, ft
  90
  91 ----------------------------------------------------------------------------
  92
  93         OUTPUTS:
  94                 lat_geod        Geodetic latitude, radians, + = North
  95                 alt             C.G. altitude above mean sea level, ft
  96                 sea_level_r     radius from earth center to sea level at
  97                                 local vertical (surface normal) of C.G.
  98
  99 --------------------------------------------------------------------------*/
 100
 101 #include "ls_types.h"
 102 #include "ls_constants.h"
 103 #include "ls_geodesy.h"
 104 #include <math.h>
 105
 106 /* ONE_SECOND is pi/180/60/60, or about 100 feet at earths' equator */
 107 #define ONE_SECOND 4.848136811E-6
 108 #define HALF_PI 0.5*PI
 109
 110
 111 void ls_geoc_to_geod( SCALAR lat_geoc, SCALAR radius, SCALAR *lat_geod,
 112                       SCALAR *alt, SCALAR *sea_level_r )
 113 {
 114         SCALAR  t_lat, x_alpha, mu_alpha, delt_mu, r_alpha, l_point, rho_alpha;
 115         SCALAR  sin_mu_a, denom,delt_lambda, lambda_sl, sin_lambda_sl;
 116
 117         if(   ( (HALF_PI - lat_geoc) < ONE_SECOND )     /* near North pole */
 118            || ( (HALF_PI + lat_geoc) < ONE_SECOND ) )   /* near South pole */
 119           {
 120             *lat_geod = lat_geoc;
 121             *sea_level_r = EQUATORIAL_RADIUS*E;
 122             *alt = radius - *sea_level_r;
 123           }
 124         else
 125           {
 126             t_lat = tan(lat_geoc);
 127             x_alpha = E*EQUATORIAL_RADIUS/sqrt(t_lat*t_lat + E*E);
 128             mu_alpha = atan2(sqrt(RESQ - x_alpha*x_alpha),E*x_alpha);
 129             if (lat_geoc < 0) mu_alpha = - mu_alpha;
 130             sin_mu_a = sin(mu_alpha);
 131             delt_lambda = mu_alpha - lat_geoc;
 132             r_alpha = x_alpha/cos(lat_geoc);
 133             l_point = radius - r_alpha;
 134             *alt = l_point*cos(delt_lambda);
 135             denom = sqrt(1-EPS*EPS*sin_mu_a*sin_mu_a);
 136             rho_alpha = EQUATORIAL_RADIUS*(1-EPS)/
 137               (denom*denom*denom);
 138             delt_mu = atan2(l_point*sin(delt_lambda),rho_alpha + *alt);
 139             *lat_geod = mu_alpha - delt_mu;
 140             lambda_sl = atan( E*E * tan(*lat_geod) ); /* SL geoc. latitude */
 141             sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
 142             *sea_level_r = sqrt(RESQ
 143                            /(1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
 144           }
 145 }
 146
 147
 148 void ls_geod_to_geoc( SCALAR lat_geod, SCALAR alt,
 149                       SCALAR *sl_radius, SCALAR *lat_geoc )
 150 {
 151     SCALAR lambda_sl, sin_lambda_sl, cos_lambda_sl, sin_mu, cos_mu, px, py;
 152
 153     lambda_sl = atan( E*E * tan(lat_geod) ); /* sea level geocentric latitude */
 154     sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
 155     cos_lambda_sl = cos( lambda_sl );
 156     sin_mu = sin(lat_geod);     /* Geodetic (map makers') latitude */
 157     cos_mu = cos(lat_geod);
 158     *sl_radius = sqrt(RESQ
 159         /(1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
 160     py = *sl_radius*sin_lambda_sl + alt*sin_mu;
 161     px = *sl_radius*cos_lambda_sl + alt*cos_mu;
 162     *lat_geoc = atan2( py, px );
 163 }