【自动驾驶】19.自动驾驶各个坐标系
WGS84 : 世界坐标系，即经纬高坐标系【经度(longitude)，纬度(latitude)和高度(altitude)即LLA坐标系】
UTM: 世界坐标系
ENU: 世界坐标系，东北天
ENU 和 UTM 的区别：
ENU局部坐标系采用三维直角坐标系来描述地球表面，实际应用较为困难，因此一般使用简化后的二维投影坐标系来描述。UTM: 在众多二维投影坐标系中，统一横轴墨卡托（The Universal Transverse Mercator，UTM）坐标系是一种应用较为广泛的一种。UTM坐标系使用基于网格的方法表示坐标，它将地球分为60个经度区，每个区包含6度的经度范围，每个区内的坐标均基于横轴墨卡托投影。
FLU: 车身坐标系，前左上
SL: SL坐标系：某点距离车子的横向和纵向距离，纵向距离为s,横向距离为l
以下是坐标系俯视图：
车辆坐标系的原点根据不同车可能会有所不一样。一般情况下，车辆坐标系原点的高度和IMU的高度保持一致，xy相交于两个前轮中心。
现在少部分车就把IMU设为车辆坐标系原点，只是imu坐标系和车辆坐标系的xy方向不一样(见上图)，所以需要绕Z轴旋转90度，转化为车身坐标系。
imu2car文件的参数：
header:
seq: 0
frame_id: car
stamp:
secs: 0
nsecs: 0
child_frame_id: imu
transform:
rotation:
x: 0
y: 0
z: -0.707
w: 0.707
translation:
x: 0
y: 0
z: 0
上面的参数translation是平移向量：
- x 、 y 、 z x、y、z x、y、z都为0，就是
IMU坐标系和车辆坐标系原点原点重合。 - 如果 x 、 y 、 z x、y、z x、y、z不为0，就说明中心不重合；
- 如果 z z z为0，就说明两个中心 的高度一致。
上面的参数rotation是旋转四元数：
x = 0 、 y = 0 、 z = − 0.707 x=0、y=0、z=- 0.707 x=0、y=0、z=−0.707、 w = 0.707 w= 0.707 w=0.707，
注： s i n ( π 4 ) = 0.707107 sin(\frac{\pi}{4})=0.707107 sin(4π)=0.707107
即
x = x ′ ∗ s i n θ 2 = 0 x=x'*sin\frac{\theta}{2}=0 x=x′∗sin2θ=0、
y = y ′ ∗ s i n θ 2 = 0 y=y'*sin\frac{\theta}{2}=0 y=y′∗sin2θ=0、
z = z ′ ∗ s i n θ 2 = − 0.707 z=z'*sin\frac{\theta}{2}=-0.707 z=z′∗sin2θ=−0.707、
w = c o s θ 2 = 0.707 w=cos\frac{\theta}{2}=0.707 w=cos2θ=0.707，
其中 x ′ , y ′ , z ′ x',y',z' x′,y′,z′是旋转轴的三个方向的大小。由w可以求解出 θ = π 2 \theta=\frac{\pi}{2} θ=2π或者 θ = − π 2 \theta=-\frac{\pi}{2} θ=−2π。
再根据前面的联立方程组，可以得出旋转向量(0,0,1)对应的 θ = − π 2 \theta=-\frac{\pi}{2} θ=−2π，或者旋转向量(0,0,-1)对应的 θ = π 2 \theta=\frac{\pi}{2} θ=2π。
但是因为Z轴正方向是(0,0,1),所以最终求得的结果是第一个结果，即旋转向量(0,0,1)对应的 θ = − π 2 \theta=-\frac{\pi}{2} θ=−2π，也就是四元数表示的是绕Z轴旋转 θ = − π 2 \theta=-\frac{\pi}{2} θ=−2π。
由于四元数表示的是坐标点的变换矩阵，不是坐标轴的变换矩阵，所以得到的角度也是坐标点的变换。我们知道，坐标轴旋转的角度是坐标点变换的角度的相反数，请参考【自动驾驶】29.坐标变换与坐标轴旋转，所以imu坐标系的点经过旋转角度 − 90 ° -90° −90°的四元数表示的变换之后，得到车辆坐标系的点。
但是imu坐标系绕 Z Z Z轴旋转 + 90 ° +90° +90°，得到车辆坐标系。
想想上面为什么是 θ 2 \frac{\theta}{2} 2θ呢?
想找到答案，可以参考这篇博客：【Unity技巧】四元数（Quaternion）和旋转。
x方向被放在前面表述，例如：
- 东北天坐标系，
东就是表示x方向； - 北西天坐标系，
北就是表示x方向； - 右前天坐标系，
右就是表示x方向； - 前左上坐标系，
前就是表示x方向；
东北天坐标系也叫右前天坐标系，前左上坐标系也叫北西天坐标系，只是叫法不同，两种叫法根据上北、下南、左西、右东进行对应。
并且，同一种坐标系叫法，可以用在不同地方，他们的坐标系原点也可能不一样，因为不同传感器或车身的坐标系原点不同。
如：车身坐标系和激光雷达坐标系都是前左天坐标系，但是他们的坐标系原点却不一样。