本文聊聊無人駕駛定位中常用到的八大座標系。
第一個叫作eci地心慣性座標系
（如圖，紅色o-xyz座標系所示，低新慣性座標系（i系）的原點位於地球原點，z軸沿地軸指向北極，x軸和y軸位於赤道平面內，與z軸滿足右手法則，並且x軸和y軸分別指向兩個恆星）
我們給了一張圖，你可以看到圓心就是地球的原點，它的z軸是朝向北極的，xy是分佈在赤道的平面，但他們會分別指向兩個恆星，座標系是不會隨著地球的自轉而變化的，它是非常固定的座標系。這樣的座標系的作用是在地球表面這些載體，在運動時候，你的相對慣性，是相對與這個座標系。所以我們講的imu檢測到或者計算到探測到的加速度，角速度都是相對於地心慣性座標系的。
他的特點就是xy不動，不隨著地球的自轉而轉動，可以作為地球附近傳感器輸出的慣性座標系。
第二個座標系ecef地心地固座標系
（如圖，圖中綠色0-xyz座標系所示，地心地固座標系（e系）的原點位於地球原點，z軸沿著地軸指向北極，y軸沿著赤道平面與格林威治子午面的交線上，y軸在赤道平面與x軸z軸滿足右手法則，常用如wgs84座標系系統）
這個座標系的原點也是在地球的原點，它的z軸朝向指向北極，它與前面的eci的區別，就在於xy，它隨著地球的自轉而轉的，以地球為base的，就是的x軸會指向格林威治子午面交線上，然後y軸和x軸滿足右手系法則，角度是90度的定義。這個座標系的特點，它其實和地球固連在一起，它隨著地球的轉動而轉動，它其實在某些時刻和i系是一樣的，比如我們旋轉到指定的位置，比如說一個值自轉到那個時刻，那麼xy軸就會重合，對於地球上任意一點，它是有一個自己的精確xyz的座標，它i系之間就存在一個隨著時間的旋轉，下面給出了i繫到e系，繞著z軸做一個時間上的一個旋轉，就可以得到。
第三個座標系是當地水平座標系
（如圖中藍色0-xyz座標系所示，當地水平座標系（i系）的原點位於載體所在的地球表面，x軸和y軸在當地水平面內，分別指向東向和北向，z軸垂直向上，與x軸y軸滿足右手法則。該座標系是機器人領域通常所說的世界座標系（w系），在導航解算過程中通常也把該座標系選取為導航座標系（n系），也稱為“東-北-天（e-n-u）”座標系，與之對應“北-東-地（n-e-d）“座標系）
帶你更低水平座標系一般稱之為l系，前面講過地心地固裡面涉及到wgs84座標系，也就是大地座標系，這個座標系是常用座標系，它座標系用於導航的時候，並沒有特別好用，因為是以地心為原點，與平時用的地圖不大匹配，所以要引入當地水平座標系。當地水平座標系的特點是他的原點一般定義在載體上面，它的朝向xyz經常定義為enu，就是東向北向和天向，相反就是三個軸相反就是北東地，但一般情況下用enu座標系。這個座標系在導航中稱之為n系，它的特點是原點在載體上面，朝向是enu。並且和地球固鏈在一起，也隨著地球轉動。E系的旋轉關係，是和當地座標系所在位置有關，大地座標系很多時候有xyz表示，也有經緯度表示，經緯度可以一對一轉換為xy。
大地的xy怎麼去得到它？怎麼從e繫到l系：
通過z軸的旋轉，在繞道經度的旋轉，再到緯度的旋轉，然後在繞到z軸的一個旋轉，最後得到當地座標系。
第四個utm座標系
(UTM投影全稱為“通用橫軸墨卡託投影”UNIVERSAL TRANSVERSE MERCATOR PROJECTION ，是一種“等角橫軸割圓柱投影”，橢圓柱割地球於南緯80度、北緯84度兩條等高圈，投影后兩條相割的經線上沒有變形，而中央經線上長度比0.9996。UTM投影是為了全球戰爭需要創建的，美國於1948年完成這種通用投影系統的計算。與高斯-克呂格投影相似，該投影角度沒有變形，中央經線為直線，且為投影的對稱軸，中央經線的比例因子取0.9996是為了保證離中央經線左右約180km處有兩條不失真的標準經線。)
在前面的大地座標系去做定位不是很好用，因為你不是用像我們平時用的地圖，這種水平地圖。這個utm地圖是根據經緯度做的劃分，通過經度吧地球分成60個區域，每6度一個區域，北京在第50的區域，南北也做了劃分，相當於把地球分成了很多很多塊，
一般情況下只是在一個帶裡面，比如說6度1個帶60個區域，每個區域裡面其實都是一起用的，沒有在做經緯度的劃分，但是在高緯度，因為地球上一個球，到最高緯度的時候，變換（誤差）特別大，所以它有個限定，到了北緯（高緯度），用的換算公式不一樣，utm座標系，他就是我們平時定位輸出的座標系，我們用這個座標系做輸出，它的座標xy，再加上剛才所說的投影帶的代號，就是0到59或者1到60，一般情況下1到60，加一個代號，就知道xy座標，就可以換算成大地座標系xyz，也換算成經緯度。
第五個車體座標系
（如圖車輛的車體座標系（b系），車體座標系原點在載體質量中心與載體固鏈（對於車載，我們選取原點位於後軸中心位置），x軸沿載體軸只想右，y軸指向前，z軸和x軸，y軸滿足右手座標法則指向天向。該座標系通常稱為“右-前-上（r-f-u）”座標系，與之對應的還有“前-左-上（f-l-u）”等）
我們說了車體是個剛體，大家知道導航設備，關於imu經常安裝在兩個車軸中間，後面車軸的中間，這麼做是保證它的穩定性，這個點我們稱之為車的原點，然後我們在建一個包圍盒，就知道車的每一位置的座標了。我們建立這個座標系是為了和當地座標系匹配起來，然後去做計算，這個座標系需要在我們所依賴的導航座標系下知道它的位姿的變換，在utm座標系下知道它的位置情況。車體座標系一般情況我用一個rfu就是右前上，右邊是x前面是y的話，上邊就是z，三個就是rfu。這個座標系是以載體固連在一起，它隨著載體運動而運動，它是一個局部座標系，它與n系（導航座標系），或者當地水平座標系，他們之間的旋轉關係來表示現在車的姿態。因為前面講enu東向北向天向，那這個車如果在這個座標系下面，我們是一個什麼樣的姿態。我們就知道它的三個角度，和現在車體座標系的三個座標軸和原來座標系之間角度的差異，就是它的姿態。
第六個imu座標系
（如圖所示imu（慣性測量單元）座標系，imu座標系的座標原點在陀螺儀和加速度計的座標原點，xyz三個軸方向，分別與陀螺儀和加速度計的對應軸向平行。在解算慣性導航系統（sins）中imu與車體固鏈，因此在不考慮安裝誤差角的情況下，載體座標系也即為imu座標系）
剛才說過imu就裝在車體的一個點上，imu座標系和載體座標系一樣，取決於我們安裝，安裝的時候有小誤差，比如說現在安裝的精度問題，有可能yaw角度上有一些誤差，這些誤差如果通過外參的方式把它補償之後，它的座標系和前面載體座標系其實是一樣的。它也是和載體固定連在一起，和n繫有一個旋轉關係。
第七個相機座標系
（如圖所示o點為攝像機光心（投影中心），xc軸和yc軸於成像平面座標系的x軸和y軸平行，zc軸為攝像機光軸，和圖像平面垂直。由點o與xc，yc，zc軸組成的直角座標系稱為相機座標系。
如果將相機座標系中的點座標轉換為世界座標系，通常imu座標系的原點在世界座標系的位置已知，通過imu座標系到相機座標系的外參，以及imu座標系的姿態，可以得到相機座標系到世界座標系的轉換）
大家對相機比較熟悉，這個座標系比較簡單，就是以自己的光心為原點，xy一般有相平面決定，x朝右，y軸朝下建立一個局部座標系。相機座標系不會和其他全局座標系直接連接起來，因為車已經選了一個原點，就是imu原點，把相機座標系和imu座標系關聯起來，可以通過一個外參，它兩個之間其實就差一個旋轉和平移，如果把它算出來，我們就知道他們之間的一個剛性變化，比如我們知道imu座標系世界座標系的姿態和位置，就可以轉化為相機座標系。
第八個激光雷達座標系
（如圖所示激光雷達座標系以及俯視圖，從圖中可以看出激光雷達座標系的座標原點位於多線束中殿旋轉軸的交點處，z軸沿著軸線向上，x和y軸如俯視圖所示，其測量的點座標是在激光雷達座標系下的三維座標，轉換到世界座標系。同相機座標系下點轉換到世界座標系類似，通過imu座標系到激光雷達座標系的外參，以及imu座標系的姿態，可以得到激光雷達座標系到世界座標系的轉換。）
激光雷達座標系和相機座標系很相似，但是它的局部座標系的定義不一樣，我們可以看到64線激光是往前走的話是x，相當於z朝上。如果平時我們也不會這麼做，做完點雲定位得到位置姿態，也是轉化到imu下面去，所以他只是和imu之間有外參的變換，並不是說直接用於世界座標系的作用。
無人車定位信息中所涉及到的座標系，有imu座標系，有enu座標系，有車體座標系，其實他們之間都是一個轉換關係，所有的座標系都是輸出umt座標系下的xy，imu的姿態，四元數相對於當地水平座標系（n系）的，他是姿態的四元數，但是速度又是enu，相當於東向北向和天向下面的速度，這個速度可以理解為如它在gps下有一個速度分解到了enu座標系，也可以說是enu座標系的投影，這個速度對車體有用，在真正做車輛控制的時候，它用到地圖，地圖建立後和這個速度一一匹配。
另外還輸出一些和車體相關的信息，比如說車體姿態四元數，車體姿態我們提到imu，imu和車體安裝會有小的偏差，雖然誤差很小，比如說1度2度，這對控制來說有問題，我們需要很精準，要把這些補償到車體上去。
前面我們還說道車體座標系下加速度和角速度，他們相對於車體，因為車往那個方向的加速度或者角速度，其實車體最有用，也不會把它轉化到其他座標系下。這些東西可以感知和pnc用。
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