在无人机飞行动力学研究中，需要用到许多坐标系，因此，理解各个坐标系的含义以及各个坐标系之间的关系就十分重要。

无人机一般飞行速度较小、高度较低，在建立其运动方程时，可以将大地假设为平面，不考虑大地的曲率和旋转影响。

与其他学科相比，无人机等飞行器飞行动力学研究中使用的坐标系数目相对较多，这是因为所涉及到的力、力矩和运动变量多，而且规律复杂。

无人机飞行动力学研究中，一般采用直角坐标系，并遵循右手法则。在定义直角坐标系时，需要明确规定：

1）原点O的位置；

2）基准平面，即包含两个坐标轴（如轴x和y）的平面的取向；

3）其中一个轴（如轴x）在基准平面中的取向。

在研究无人机飞行运动中，常用的坐标系有以下几种：

1、地面坐标系（S_g）

地面坐标系与大地固联。

原点O_g选择在大地中的某点，通常（但不一定）是地球表面上的点；轴z_g铅垂向下；轴x_g在水平面内，其方向可任意选择，通常与飞行任务相关；轴y_g按右手法则确定。

地面坐标系的主要作用，是衡量飞行器位置和姿态的基准。

2、本体坐标系（S_b）

本体坐标系与飞行器本体固联。

原点O_b取飞行器质心；纵向轴x_b沿飞行器结构纵轴向前；竖向轴z_b在对称平面内，垂直于纵轴，指向下；横向轴y_b垂直于对称平面，指向右方。

本体坐标系与飞行器的姿态密切相关。

3、气流坐标系（S_a）

气流坐标系与飞行器空速矢量V_a和飞行器本体相联系。

原点O_a取飞行器质心；纵向轴x_a沿空速矢量V_a，指向前；竖向轴z_a在对称平面内，垂直于空速矢量V_a；y_a垂直于x_a和z_a ，指向右方。

气流坐标系一般在涉及到飞行器空气动力学建模时使用。

4、航迹坐标系（S_k）

航迹坐标系由飞行器航迹速度矢量V_k决定。

原点O_k取飞行器质心；纵向轴x_k沿飞行器航迹速度矢量V_k；轴z_k在通过于航迹速度矢量的铅垂平面内，垂直于航迹速度矢量，指向下；y_k垂直于xk和z_k，指向右方。

航迹坐标系一般在描述飞行器飞行轨迹运动建模时使用。

本体坐标系与地面坐标系可由飞行器的三个欧拉姿态角相联系。

偏航角：x_b在水平面x_gy_g上的投影与x_g的夹角；

俯仰角：x_b与水平面x_gy_g之间的角度；

滚转角：飞行器对称平面x_by_b与通过x_b的铅垂平面的夹角；

气流坐标系与本体坐标系可由迎角和侧滑角相联系。

迎角：空速矢量V_a在飞行器对称平面x_bz_b上的投影与x_b的夹角；

侧滑角：空速矢量Va与飞行器对称平面x_bz_b之间的夹角。

航迹坐标系与地面坐标系之间的关系可由航迹方位角和航迹倾斜角（爬升角）相联系。

航迹方位角：航迹速度矢量V_k在水平面x_gy_g内的投影与x_g的夹角；

航迹倾斜角：航迹速度矢量V_k与水平面x_gz_g之间的夹角。

任何两个坐标系S_a、S_b之间的转换关系可以通过坐标系转换矩阵L_ba或L_ab来描述。

对于任意矢量U=[U_x,U_y,U_z]’，有如下关系：

     (U)_a=L_ab(U)_b

     (U)_b=L_ba(U)_a

其中，L_ab为坐标系S_b到S_a的转换矩阵，L_ba为坐标系S_a到S_b的转换矩阵。

地面坐标系S_g到本体坐标系S_b的转换矩阵L_bg

本体坐标系S_b到气流坐标系S_a的转换矩阵L_ab

地面坐标系S_g到航迹坐标系S_k的转换矩阵L_kg

1    无人机运动中涉及到的坐标系主要有哪些？举例说明各个坐标系的用途。

2   俯仰角与迎角有何关系？是否相同？