随笔:为何无人机的机体系向惯性系的旋转矩阵就是无人机的姿态在惯性系中的表示

设世界坐标系为 WWW,机体坐标系为 BBB。

设有一自由向量p\mathbf{p}p,其在机体系下的坐标为:

pB=(p1,p2,p3)T\mathbf{p}^B = (p_1, p_2, p_3)^TpB=(p1,p2,p3)T

记机体系的三个基向量分别为 xB\mathbf{x}_BxB、yB\mathbf{y}_ByB、zB\mathbf{z}_BzB,则该向量用无人机机体系的基向量表示为:

p=p1⋅xB+p2⋅yB+p3⋅zB\mathbf{p} =p_1\cdot \mathbf{x}_B + p_2\cdot \mathbf{y}_B + p_3\cdot \mathbf{z}_Bp=p1⋅xB+p2⋅yB+p3⋅zB

之后把上面这个几何等式的每一项,都用世界系的坐标来表达:

pW=p1⋅xBW+p2⋅yBW+p3⋅zBW\mathbf{p}^W = p_1\cdot \mathbf{x}_B^W + p_2\cdot \mathbf{y}_B^W + p_3\cdot \mathbf{z}_B^WpW=p1⋅xBW+p2⋅yBW+p3⋅zBW

其中 xBW\mathbf{x}_B^WxBW、yBW\mathbf{y}_B^WyBW、zBW\mathbf{z}_B^WzBW分别为机体系的基向量xB\mathbf{x}_BxB、yB\mathbf{y}_ByB、zB\mathbf{z}_BzB在世界系下的坐标表达。pW\mathbf{p}^WpW为向量p\mathbf{p}p在世界系下的坐标表示。

再写成矩阵形式pW=xBWyBWzBWp1p2p3 \mathbf{p}^W = \begin{bmatrix} \mathbf{x}_B^W & \mathbf{y}_B^W & \mathbf{z}_B^W \end{bmatrix} \begin{bmatrix} p_1\\ p_2\\ p_3 \end{bmatrix} pW=xBWyBWzBW p1p2p3

记矩阵RBW=xBWyBWzBWR_B^W = \begin{bmatrix} \mathbf{x}_B^W & \mathbf{y}_B^W & \mathbf{z}_B^W \end{bmatrix}RBW=xBWyBWzBW

则结合上式可得

pW=RBW⋅pB\mathbf{p}^W = R_B^W \cdot \mathbf{p}^BpW=RBW⋅pB

观察该式的左右两侧可得,该式将向量p\mathbf{p}p在机体系中的坐标表示转换为在世界系中的坐标表示: RBWR_B^WRBW 是从机体系到世界系的旋转矩阵

RBWR_B^WRBW 的三列,就是机体系的三个基向量在世界系下的坐标,也就是机体系三个坐标轴相对于世界系的方向。

相关推荐
一根数据线19 小时前
你还在用无人机飞倾斜摄影来创建模型吗?
3d建模·无人机·数字孪生·倾斜摄影·ai建模·建模工具·造形家
大毛无人机2 天前
无人机接单怎么选渠道:费用拆解与核验流程
无人机
小O的算法实验室2 天前
2025 IEEE TII,大型风电场无人机巡检的混合深度强化学习:部署与路径优化
无人机
feasibility.2 天前
从数字智能到物理智能体:深度解构具身智能时代的边缘计算、嵌入式实时系统与多形态智能体
人工智能·机器人·自动驾驶·嵌入式·无人机·具身智能·智能体
zh路西法3 天前
【10天速通ROS2-PX4无人机】(四) 关掉GPS和气压计,纯激光定位还能飞吗
c++·无人机·px4·ros2·卡尔曼滤波·fastlio2
沈阳昊天环宇无人机小编辑4 天前
沈阳无人机从业者注意!官方明确新黑飞整治常态化,合规飞行流程一文读懂
无人机
徐凤年_5 天前
SUPER功能包理解
无人机
zh路西法5 天前
【10天速通ROS2-PX4无人机】(一) 从零搭建仿真环境,妈妈再也不用担心我炸机了!
无人机·仿真·px4·ros2·gazebo
沈阳昊天环宇无人机小编辑6 天前
沈阳学无人机怎么选?沈阳昊天环宇:从合规取证到行业应用,构建低空经济时代的核心竞争力
无人机
JulyLi20197 天前
基于光电球机低空无人机智能追踪系统
无人机