航海学天文定位第四篇第6章天文定位
航海学-第四章 时间系统
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一、天文定位基本概念
• 天文船位圆:
圆心：天体地理位置GP 半径：天体真顶距 Z＝90－ht
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天文定位基本概念
p
地面真地平
A
ht’ PG
ht
90o-ht
地心真地平
ht
天文船位圆：
圆心：天体地理位置PG
半径：90o－ht
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1.天球
天球是人们假想的以地心为球心，以无限长 为半径的球体。这样以来所有的天体在天球上都 有自己的投影位置，并利用在天球上建立坐标系 的数学方法来表示他们的这些位置。我们就可以 方便的研究和利用各个航用天体来实现天文定位 了。
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2.天球上的基本点、线、圈
• • • •
基准圈：天赤道，格林(或测者)午圈 辅助圈：天体时圈，天体赤纬圈 几何极：天北极 原 点：格林(或测者)午圈和天赤道的交点QG或Q
• 坐标值：是时角和赤纬，故又称时角坐标系。
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Z Q
天体赤纬
PN
• （ 1 ） 天 体 赤 纬 (declination，Dec)
海上进行定位的技术。十九世纪中页，由法国航海家
圣· 希勒尔（St.Hilaire）提出的高度差法又称截距法 为现代天文航海奠定了理论基础。 • 优点：设备简单、可靠，观测的目标是自然天体而不 受人控制，不发射任何声、光和电波而具有隐蔽性等。
• 缺点：受自然条件限制，不能全天候导航，必须人工
观测，计算繁琐等
航海学天文定位第四篇第4章(2)
•
GMT= CT/-WT+CE
• 方法二、先在海图室看准天文钟启动秒表，记 下启动秒表时的天文钟时间CT//，然后去观测
天体，当天体的反射影像与水天线相切时，停
秒表，记下秒表读数WT。则
•
GMT= CT//+WT+CE
• 近似世界时
•
GMT/=SMT+ZD
第七节 求天体位置
• 求天体位置（GHA，Dec）的方法 基本可分为两类，一是表册法， 即用《航海天文历》查算出天体 位置；二是计算法，即根据球面 天文学的原始公式，借助计算机 计算得到。
• ②恒星视位置表：该表按月份列出159 颗航用恒星每月月中的共轭赤经和赤纬。 为使用方便，对常用的44颗航用恒星另 列一表称为《航海常用恒星视位置表》， 印成活页。
• ③历书中还列有“北极星高度求纬度 表”、“北极星方位角表”、“四星纪 要”等与天文航海有关的其它表。
• （2）附表：该表可长期使用。 它包括“时角、赤纬内插表”、 “星图”、“区时图”、“高度 改正表”和“无线电时号表”等 等。
• 3、天文钟日差和推算钟差
•
• 日差=（当天测定的钟差-前次测定的钟 差）/两次间隔天数
•
• 观测天体时的推算钟差=最近测定的钟差 +（日差×对钟至观测天体时的间隔天数）
• 二、求观测天体时的世界时
• 方法一、观测天体（用六分仪），当天体反射 影像与水天线相切时，启动秒表，然后回到海
图室看准天文钟按停秒表，记下停秒表时的天 文钟时间CT/和秒表读数WT。则
中版《航海天文历》
• 1．《航海天文历》的结构
• 中版《航海天文历》主要由“历书”和 “附表”两部分组成。
• （1）历书：一年出一本，包括以下几个内 容：
航海学知识点
第一篇航海学（地文航海）航海学是一门研究船舶如何安全、经济地从一个港口（地点）航行到另一港口（地点）的实用性学科。
航海学主要研究下列课题：1．拟定一条安全、经济的航线和制定一个切实可行的航行计划。
2．航迹推算，包括航迹绘算和航迹计算两种方法。
航迹推算是指根据船上最基本的航海仪器（罗经和计程仪）所指示的航向和航程，结合海区内的风流要素和船舶操纵要素，不借助外界物标或航标，从某一已知船位起，推算出具有一定精度的航迹和某一时刻的船位的方法。
它是驾驶员在任何情况下，求取任何时刻的船位的最基本的方法，也是陆标定位、天文定位和电子定位的基础。
3．测定船位（简称定位），包括陆标定位、天文定位和电子定位三种。
陆标定位是指观测海图上标有准确位置的，并可供目视或雷达观测的山头、岛屿、岬角、灯塔等显著的固定物标与本船的某一（某些）相对位置关系，如方位、距离和方位差等，从而在海图上确定本船船位的方法和过程。
陆标定位一般可分为方位定位、距离定位、方位距离定位和移线定位等。
天文定位是指在海上利用航海六分仪观测天体（太阳、月亮和部分星体）高度来确定船舶位置的一种定位方法。
电子定位是指利用船舶所装备的无线电定位系统的接收机来测定本船位置的一种定位方法。
目前，普遍使用的有GPS定位系统和罗兰C定位系统。
船舶航行中，要求航海人员尽一切可能随时确定本船的船位所在。
这样，才可能结合海图，了解船舶周围的航行条件，及时采取适当、有效的航行方法和必要的航行措施，确保船舶安全、经济地航行。
航迹推算和定位是船舶在海上确定船位的两类主要方法。
4．航行方法，研究在各种航海条件下的航行方法，如沿岸航行、狭水道航行和特殊条件下的航行等。
为了研究上述课题，航海学还必须包括航海学基础知识和航路资料等基本内容。
其中，航海学基础知识主要包括坐标、方向和距离，以及海图两大部分内容；航路资料主要包括：潮汐与潮流、航标与《航标表》和航海图书资料等内容。
第一章坐标、方向和距离第一节地球形状和地理坐标一、地球形状航海上船舶和物标的坐标、方向和距离等，都是建立在一定形状的地球表面的，要研究坐标、方向和距离等航海基本问题，必须首先对地球的形状和大小作一定的了解。
航海学课件(完整版)
第一篇航海学地文航海航海学是一门研究船舶如何安全、经济地从一个港口（地点）航行到另一港口（地点）的实用性学科。
航海学主要研究下列课题：1．拟定一条安全、经济的航线和制定一个切实可行的航行计划。
2．航迹推算，包括航迹绘算和航迹计算两种方法。
航迹推算是指根据船上最基本的航海仪器（罗经和计程仪）所指示的航向和航程，结合海区内的风流要素和船舶操纵要素，不借助外界物标或航标，从某一已知船位起，推算出具有一定精度的航迹和某一时刻的船位的方法。
它是驾驶员在任何情况下，求取任何时刻的船位的最基本的方法，也是陆标定位、天文定位和电子定位的基础。
3．测定船位（简称定位），包括陆标定位、天文定位和电子定位三种。
陆标定位是指观测海图上标有准确位置的，并可供目视或雷达观测的山头、岛屿、岬角、灯塔等显著的固定物标与本船的某一（某些）相对位置关系，如方位、距离和方位差等，从而在海图上确定本船船位的方法和过程。
陆标定位一般可分为方位定位、距离定位、方位距离定位和移线定位等。
天文定位是指在海上利用航海六分仪观测天体（太阳、月亮和部分星体）高度来确定船舶位置的一种定位方法。
电子定位是指利用船舶所装备的无线电定位系统的接收机来测定本船位置的一种定位方法。
目前，普遍使用的有GPS定位系统和罗兰C定位系统。
船舶航行中，要求航海人员尽一切可能随时确定本船的船位所在。
这样，才可能结合海图，了解船舶周围的航行条件，及时采取适当、有效的航行方法和必要的航行措施，确保船舶安全、经济地航行。
航迹推算和定位是船舶在海上确定船位的两类主要方法。
4．航行方法，研究在各种航海条件下的航行方法，如沿岸航行、狭水道航行和特殊条件下的航行等。
为了研究上述课题，航海学还必须包括航海学基础知识和航路资料等基本内容。
其中，航海学基础知识主要包括坐标、方向和距离，以及海图两大部分内容；航路资料主要包括：潮汐与潮流、航标与《航标表》和航海图书资料等内容。
第一章坐标、方向和距离第一节地球形状和地理坐标一、地球形状航海上船舶和物标的坐标、方向和距离等，都是建立在一定形状的地球表面的，要研究坐标、方向和距离等航海基本问题，必须首先对地球的形状和大小作一定的了解。
#《航海学》船舶定位课件2_5天文定位
4）天文钟的质量：日差小而稳定，良好；反之，质量就差。 若日差很不稳定，则该天文钟不宜使用。
end
3 ．求测天时的钟差
测天时钟差 = 最近测定钟差 + 日差× 对钟至测天时的天数 例：1995年5月3日世界时03-00-00（东8区Z.T.1100）对时
测定2458号天文钟钟差+1m28s，日差+4s。5月4日东8区 Z.T.0430测太阳高度，求测太阳时刻的天文钟钟差。 解：
调世界时），与UT1相差<0．9秒。
end
一、船舶计时器
3．秒表 用于测天计时等。 4 ．船钟 船钟(Ship’s clocks)是用于指示船时的计时器。 它有普通的机械钟和电子钟两类。 目前现代化的船舶装有电子船钟系统(Electronic
primary-secondary clocks system)，又称母子钟，只 要通过调整驾驶台的母钟，则船上所有的子钟将作同步调 整。
测天时的准确天文钟时C.T.为：
C.T.= CT1 + C.E.＋ＷＴ
前一种方法是商船上常用的方法
end
2．求测天世界时
例：1995年6月5日Z.T.0445（-8）进行星体高度观测。测天
时的天文钟钟时C.T1.08-48-17，测天时钟差C.E.-03 m12s，求 测天世界时TG。
测天世界时 TG 20-45-05 4/VI
利用GPS导航仪求测天世界时
方法与上述的利用天文钟的方法相同。测天世界时的求法也相 同，所不同的是这里不存在“钟差”改正问题 。
end
3． 《航海天文历》
《航海天文历》（Nautical almanac)——主要内容 1）航用天体的位置——左页是太阳、金星、火星、木星和土
航海学2.4第四章 时间与天体位置
____________________________ LMT2 09－44－44 10/5
例 ：已知经度λA8417.0W的地方平时 LMTA16h21m26s（7月16日），求经度 λB13841.0E的地方平时LMTB？
λB 138－41.0 （＋） _－ __）__λ__A_____8_4_－__1_7_.0___（__－__）____
西经W为“－”值，
格林恒星时（greenwich sidereal time,GST）：
在周日视运动中，春分点由格林午圈 起，向西运行所经历的时间间隔称为格 林恒星时。
在同一时刻，任意经度上的地方恒星时 LST与格林恒星时GST同样存在如下“东 大西小”的关系：
LST＝
λE W
GST±
LST2=GST +λE
2、协调世界时（coordinated universal time，UTC）：以原子时秒为时间计量 单位，在时刻上与世界时UT1保持在0.S9 之内。
协调世界时满足上述条件是通过“跳秒” 来实现的。
调整的时刻是在12月31日或6月30日最 后一秒。对原子时增加1S称正跳秒，减 少1S称负跳秒
E LST1 ＝LST2＋Dλ Dλ＝λ1－λ2
在同一时刻，不同经度上的地方恒星时存在“东大 西小”的关系。这种关系是时间遵守的普遍规律。
在同一时刻，不同经度上的地方恒星时：
LST2 ＝LST1＋Dλ Dλ＝λ2－λ1 上式中： LST1是测者1的经度λ1所对应的地方恒星时； LST2是测者2的经度λ2所对应的地方恒星时； 经差Dλ计算时: 东经E为“＋”值，
1平太阳日＝天球旋转（360＋DRA）所 经历的时 ＝天球旋转（360＋59.14）所 经历的时间 ＝1恒星日＋3m56.s56
天文定位-大副班(船长,大副)
：
三、观测太阳上中天高度求纬度
2.原理 z
顶距Z的获取方法：Z=90°-ht 赤纬δ 的获取方法：以世界时为引数查《航海天文历》 关键：求取观测太阳中天高度的世界时。
：
三、观测太阳上中天高度求纬度
3.步骤
1）以日期为引数查《航海天文历》，得格林经线上太阳上中天 的地方时T0，可将其作为任意经线上太阳上中天的地方时T。
2）可校正误差 （1）动镜差/垂直差 （2）定镜差/边差
（3）指标差i
（3）指标差的测定方法 ①利用水天线测定 ②利用星体测定 ③利用太阳测定
利用太阳测定指标差 可以检查观测的质量。
注意：课本中说利用星体测指 标差，该方法并不是最好的测 量指标差的方法。
四、测星定位
4.观测
1）观测顺序 （1）在天体亮度同等的情况下 ①先观测东半天的星体，后观测西半天的天体（晨光时在东半天的星体 消失的快；昏影时东边的水天线模糊的快）； ②先测正横附近的星体，后测首尾附近的星体。 （2）观测天体的亮度不相等的情况下 ①晨光时因为暗星消失快，所以先观测较暗的，后观测较亮的； ②昏影时因为较亮星体出现的早，所以应先观测较亮的，再观测较暗的。 2）让星体中心与水天线相切。 3）记下星名、观测时间、六分仪读数，以免混淆。同时记下船时、推算 船位、航向和航速。
启动表读数为“+”
天体的格林时角tG ± 推算/选择船位经度λ
天体的地方时角t
天体赤纬δ 推算/选择船位纬度φ
天体的半圆地方时角t
4）将φ 、δ 、t代入公式或以φ 、δ 、t为引数查《B105》表得：Ac和hc 5）利用六分仪观测天体高度，并修正成真高度ht 6）Dh=ht-hc
：
三、观测太阳上中天高度求纬度
航海学天文定位第四篇天文定位第3章
四、太阳视运动的轨迹是一条连续的 球面螺旋线
• 由于太阳周日视运动和周年视运动是同时存在的， 因此，我们所见太阳视运动是这两种运动的合运 动。太阳的周日视运动表现为昼夜的交替变化， 其周年视运动表现为四季和四季星空的交替循环。 太阳视运动的轨迹是如图所示的连续的球面螺旋 线，其变化范围不超过23º 27′N和23º 27′S的赤 纬平行圈。因此，该两赤纬平行圈分别称为北回 归线(或夏至线)和南回归线(或冬至线)。
第三章 天体视运动
• 由于地球的自转和绕太阳的公转， 以及天体的自行，使得天体随时 间在不停地运动着，人们在地球 上看到天体这种相对运动的现象 称为天体视运动(apparent motion of celestial body)。
第一节 天体周日视运动
• 天体每日东升西没，以一昼夜为周期运动 的现象称之为天体的周日视运动(diurnal apparent motion of celestial body)。 • 一、天体周日视运动的成因及其运动规律 • 二、天体周日视运动的现象 • 三、天体周日视运动引起天体坐标的变化
• 2．天体的中天(meridian passage) • 在周日视运动中，当天体中心经过 测者子午圈时，称天体中天。 • 天体中心经过测者午圈时称天体上 中天(upper meridian passage)。 • 天体中心经过测者子圈时称天体下 中天(lower meridian passage) 。
• 综上所述，只要记住太阳过分、至点的赤经和赤 纬以及上述四个数据d(RA)lº ，d(Dec) 0º .4， 0º .1，0º .3，就可以算出一年中任何日期的太阳 赤经和赤纬的近似值。 • 从上述的分析可见，太阳赤经和赤纬日变化量是 不均匀的，其原因主要有两种，一是由于太阳周 年视运动的速度不均匀；二是与黄赤交角有关。
第四章 天文航海
第四章天文航海第一节天球坐标系1454. 天体高度是__________在天体垂直圈所夹的一段弧长。
A．测者真地平圈和春分点 B．格林午圈和天体中心C．天体方位海区测者天顶 D．测者真地平圈和天体中心1455. 以天顶、天底为起止点且通过天体的半个大圆是__________。
A．测者午圈 B．天体垂直圈C．天体时圈 D．天体赤纬圈1456. 过两天极且通过天体位置的半个大圆称为__________。
A．天体时圈 B．天体垂直圈C．天体赤纬圈 D．测者子午圈1457. 当测者移动时，天球上的__________圈也随测者移动。
A．天体时圈 B．天体垂直圈C．春分点时圈 D．天体赤纬圈1458. 天球上的南点或北点是__________的交点。
A．测者子午圈和天赤道B．天赤道和测者真地平圈C．测者子午圈和测者真地平圈D．天体周日平行圈和测者真地平圈1459. 过两天极且通过__________的半个大圆称为测者午圈。
A．天体 B．测者地理位置C．天底 D．天顶1460. 通过__________的半个大圆称为天体垂直圈。
A．天顶、天体和天底 B．天北极、天体和天南极C．天顶、测者地理位置和天底 D．仰极、天体和俯极1461. 第二赤道坐标系的辅助圈是。
A．天体高度圈和方位圈 B．天体时圈和天体赤纬圈C．天体赤经圈和赤纬圈 D．测者子午圈和卯酉圈1462. 太阳、月亮和行星的周日视运动的轨迹，严格地说，是一条__________。
A．曲线 B．凸向赤道的曲线C．连续的球面螺旋线 D．凹向赤道的曲线1463. 当测者移动时，天球上__________圈不随测者移动。
A．天体垂直圈 B．天体时圈C．测者子圈 D．测者子圈1464. 以两极为起止点，过天体的半个大圆称为__________。
A．测者午圈 B．天体垂直圈C．天体赤纬圈 D．天体时圈1465. 天体垂直圈是指通过__________和任一天体的半个大圆。
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定位方法
1、太阳移线定位（高度差法） 2、太阳特大高度定位（船位圆定位） 3、太阳、金星定位（高度差法）
4、晨昏测星定位（高度差法）
sin hc sin sin Dec cos cos Deccos LHA
ctg Ac cos tgDeccsc LHA sin ctgLHA
sin Dec sin sin hc sin Dec cos Ac tg tghc cos cos hc cos cos hc
t s
• 若观测太阳上边高度，则求太阳真高 度的公式为：
h h i s d p SD
t s
• (1)眼高差表d：以测者眼高e(m或h) 查取眼高差。 • (2)太阳改正表c：包括平均蒙气差、 太阳视差和太阳半径差，因为平均 蒙气差和太阳视差均随观测高度 h 而变，所以查表引数为观测日期段 和太阳下边或上边观测高度，分别 查取太阳下边或太阳上边的高度改 正，由于编表方式采用临界表，所 以无须内插。
• 3．求星体真高度 • (1)求恒星、土星和木星真高度
• 这些星体离地球很远，同时是测其中心 与水天线相切的，所以观测高度改正中 不存在视差和半径差SD。 • 眼高差表：是和其它天体高度改正共用 的。 • 星体高度改正c：实际上就是平均蒙气差 表，查表引数观测高度 h 。
• (2)求金星、火星真高度
• • • • •
1、高度差法原理 天文船位线三要素： （1）计算点C（采用推算船位）； （2）计算方位Ac； （3）高度差（截距）Dh=ht-hc
• 2、高度差法作图规则 • （1）高度差Dh为“+”（计算点C在天文船位圆之外） • 过计算点C作天体的计算方位（Ac）线，在该线上， 以C为原点，朝向天体截取Dh，得截点k，过k点作计 算方位线的垂线，即天文船位线。 • （2）高度差Dh为“-”（计算点C在天文船位圆之内） • 过计算点C作天体的计算方位（Ac）线，在该线上， 以C为原点，背向天体截取Dh，得截点k，过k点作计 算方位线的垂线，即天文船位线。 • （3）高度差Dh为0（计算点C在天文船位圆之上） • 过计算点C作天体的计算方位（Ac）线，在该线上， 再过C点作计算方位线的垂线，即天文船位线。
• • • •
四、船位线的求取方法 1、太阳、行星和恒星船位线 2、观测太阳中天高度求纬度 3、观测北极星高度求纬度
用六分仪观测 天体高度
求天体真高度ht
求观 测 天体 时 的世 界时
求天体的地方时角LHA和 赤纬Dec 用公式求天体的计算方位 Ac和计算高度hc
得高度差Dh=ht-hc； 计算方位Ac
第六章
天文船位线
• 一、定位原理 • 以天体在地球上的投影点为圆心，以顶 距为半径画圆，即天文船位圆，有2个及 以上这样的园，就可以进行球面距离定 位。
• 二、高度差法原理 • 由于球面上不可能直接画天文船位圆， 天文船位圆的半径又很大，如真高度为 300 ，则顶距为600=3600海里，航用海图 根本容不下，给定位带来了困难。 • 1875年，法国航海家圣.希勒尔提出了高 度差法（又称截距法）解决了天文船位 圆作图的问题。
• 由于金星、火星离地球较近，因此和求星 体真高度相比只多了一项天体视差改正。 • 眼高差表：是和其它天体高度改正共用的。 • 星体高度改正c：实际上就是平均蒙气差表， 查表引数为观测高度 h 。 • 行星高度补充改正c’：对金星和火星的视差 的改正。查表引数是观测日期和观测高 度 。 h
• 二、求观测天体时的世界时 • 方法一、观测天体（用六分仪），当天体反射 影像与水天线相切时，启动秒表，然后回到海 图室看准天文钟按停秒表，记下停秒表时的天 文钟时间CT/和秒表读数WT。则 • GMT= CT/-WT+CE • 方法二、先在海图室看准天文钟启动秒表，记 下启动秒表时的天文钟时间CT// ，然后去观测 天体，当天体的反射影像与水天线相切时，停 秒表，记下秒表读数WT。则 • GMT= CT//+WT+CE • 近似世界时 • GMT/=SMT+ZD
• 三、高度差法的有限任意性 • 1、计算点选择的有限任意性 • 为使求得的天文船位线不失其精度，根 据高度差法的有限任意性原则，一般选 择的计算点偏离真实船位不应超过30/。 • 2、天体选择的有限任意性 • 为保证利用高度差法画出的天文船位线 所必需的精度，应观测高度低于700、高 于150（最好高于300）的天体为宜。
画船位线，定位
天文定位（高度差法）工作程序
一、天体观测高度的改正
• 1．天体高度逐项改正
ht hs i s d p SD
• 2．求太阳真高度 • 当观测太阳下边高度后，求太阳真高 度 ht 的公式为：
h h i s d p SD