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내비게이션을 위한 좌표계
항공우주 궤적을 모델링하려면 회전하는 지구를 기준으로 항공기나 우주선의 위치와 방향을 정해야 합니다. 내비게이션 좌표는 지구 중심과 표면을 기준으로 정의됩니다.
지구 중심 위도와 측지 위도
지구 표면의 지구 중심 위도 λ는 지구 중심에서 표면 지점까지 반경 벡터와 적도 평면이 이루는 각도로 정의됩니다. 이 정의는 지구를 완벽한 구체로 가정하고, 표면의 모든 지점이 지구 중심으로부터 동일한 거리에 있다고 간주합니다. 그러나 지구는 실제로 편구체이기 때문에 지구 중심 위도는 적도나 극지방으로부터의 실제 거리 측면에서 표면 곡률을 정확하게 반영하지 않습니다.
지구 표면의 측지 위도 μ는 적도 평면과 해당 지점에서 지구 표면에 가장 근접하는 기준 타원체의 법선 사이의 각도로 정의됩니다. 기준 타원체는 극지방에서는 반지름이 작고 적도에서는 반지름이 커 구형보다 지구의 모양에 더 가깝습니다. 측지 위도는 지구 표면상의 한 지점의 위치를 보다 정확하게 나타내기 때문에 지도 제작과 내비게이션에 일반적으로 사용됩니다.
NED 좌표
북동쪽 아래(NED) 시스템은 지상국, 항공기 또는 우주선의 중심을 원점으로 하는 비관성 시스템입니다. NED 축은 지구 표면에서 정의되는 측지 방향을 따라 배치됩니다. NED 시스템은 일종의 국소 접선 평면 좌표계로, 위도, 경도, 고도로 정의되는 지구상의 특정 위치를 기준으로 정의되며, 일반적으로 측정이 이루어지거나 항공기나 드론과 같은 비행체가 작동하는 위치에서 정의됩니다.
x 축은 극방향으로 지오이드 표면에 평행한 북쪽을 가리킵니다.
y 축은 위도 곡선을 따라 지오이드 표면과 평행한 동쪽을 가리킵니다.
z 축은 지구 표면을 향해 아래쪽을 가리키며, 표면의 바깥쪽 법선 n와 반평행합니다.
일정한 고도에서 비행한다는 것은 지구 표면 위로 일정한
z높이에서 비행한다는 것을 의미합니다.
LVLH(Local Vertical Local Horizontal) 좌표
LVLH(Local Vertical Local Horizon) 좌표계는 주요 천체를 기준으로 정의되고 궤도에 있는 우주선이나 위성을 중심으로 하는 회전 기준 프레임입니다.
LVLH 프레임의 원점은 우주선이나 위성의 질량 중심입니다. LVLH는 비행체 기동과 같은 상대 운동 연구에 일반적으로 사용되는 회전하고 가속하는 프레임입니다. 이 프레임의 축은 다음과 같습니다.
R-축 — 지구 중심을 기준으로 우주선 원점에서 바깥쪽을 향하는 위치 벡터입니다. 이 축을 따라 측정하는 것을 방사형 측정이라고 합니다.
S-축 — 오른손 좌표계를 완성합니다. 이 축은 속도 벡터의 방향을 가리키지만 원형 궤도의 경우에만 속도 벡터와 평행합니다. 이 축을 따라 측정하는 것을 트랙 방향 측정 또는 횡단 측정이라고 합니다.
W-축 — 궤도 평면에 수직인 지점. 이 축을 따라 측정하는 것을 교차 추적이라고 합니다.
