集美大学航海学2教学导案测天定位.docx
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集美大学航海学2教学导案测天定位
集美大学航海学2教案：
测天定位
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第七章观测天体定位
在航海实践中，至少需要两条或两条以上交角合适的、对应于同一时刻的船位线相交才能确定船舶所在的位置。
本章将主要介绍几种常用的天文定法方法。
海上测天定位主要包括白昼采用太阳移线定位，低纬度海区太阳特大高度定位，“同时”观测太阳、金星定位和晨昏采用星体定位。
第一节观测太阳移线定位
白昼通常只能观测到太阳，在观测一次太阳求得一条太阳船位线之后，间隔一段合适时间再观测一次，求得另一条太阳船位线，然后进行移线定位，这种定位方法称为太阳移线定位。
一、太阳移线定位的条件
太阳移线定位的精度主要与两次观测的时间间隔有关。
由航迹推算原理可知：
两次观测间的时间间隔越短，转移船位线所带来的航向、航程的推算误差就越小。
同时由船位误差理论可知：
用两条船位线定位，两船位线的交角应在30°～90°范围之内，以趋近90°为最佳，太阳方位要变化到如此大小，一般又需较长时间，这是一对矛盾。
在一般情况下，如果两次观测的时间过短，尽管减小了推算误差，但是太阳方位变化太小，使两条船位线交角小于30°。
相反，如果两次观测的时间间隔过长，虽然太阳方位变化较大，可使两船位线的交角达90°,但是转移船位线的推算误差也随之积累增大。
为兼顾这两方面的要求，两次观测的时间间隔一般约为1h～2h,太阳方位变化约30°～50°，以不小于30°为宜。
二、太阳移线定位的有利时机
太阳在中天前后其方位变化较快，在较短的时间内，太阳方位变化就可超过30°。
因此，太阳中天前后一段时间是观测太阳移线定位的有利时机。
在航海实践中，一般常采用太阳中天前和中天时各观测一次，移线求出中天或正午船位。
也有采用测量中天前、中天、中天后的太阳高度进行多次移线定位的情况。
在低纬海区内，当太阳中天高度很高（达88°左右）时，从日出到中天前和中天后至日没，太阳方位变化非常缓慢，有时太阳方位变化30°左右，往往就要等待4－5小时之久，从而使太阳移线定位失去意义。
相反，在这种情况下，太阳中天前后十几分钟，甚至几分钟之内，太阳方位变化就可达30°以上。
因此，就可在短时间内，测得2～3条太阳船位线求出观测船位（见太阳特大高度定位）。
三、移线定位方法
1.直接平移天文船位线法
在海图作业中，天文船位线用“”表示，转移天文船位线用“”表示，天文观测船位用“”表示。
（1）两次观测间无转向的移线定位方法
如图4-7-1所示，c1为第一次观测时ZT1的推算船位，c2为第二次观测时ZT2的推算船位，计划航向CA，航速V，ΔT和S分别为两次观测的时间间隔和航程。
太阳船位线I－I应沿CA方向平移，距离等于S，得转移船位线I′－I′。
（2）两次观测间有转向的移线定位方法
如图4－7－2所示，S′是两次观测的推算船位C1和C2之间的直线距离，太阳船位线I－I应沿C1C2方向平移，距离等于S′,得转移船位线Ｉ'－Ｉ'。
图6×6cm
图6×6cm
图4－7－1图4－7－2
2.转移作图点（计算点）法
如果需要直接画出转移船位线或者船位线与计划航线CA接近平行时，均可采用转移作图点法来作转移船位线。
该法可分为作图转移法和计算转移法。
（1）作图转移法
由要转移的作图点起，按两次观测间的航向CA和航程S在海图上直接转移作图点，得转移终点后，过该点按原来的Ac和Dh画船位线，即是转移船位线。
（2）计算转移法
根据要转移的作图点的坐标（
）和两次观测之间的航向CA和航程S用计算方法求得转移终点的坐标（
），在海图上标出该点，过该点按原来的Ac和Dh画船位线,即是转移船位线。
转移终点坐标（
）的计算公式如下：
移线航程
＝
·（T2－T1）h
纬差
＝
cosCA
经差
＝
sinCA/cos（
＋
）
sinCA/cos
转移终点坐标
采用上述公式计算时，北纬、东经为“＋”；南纬、西经为“－”。
太阳移线定位一般间隔1h～2h。
如果航速较高，在海图或空白纸上采用较大比例尺时，作长距离移线不方便，这时采用上述方法较为有利。
例4－7－11996年9月7日，ZT1050，ϕc35°07'.0N，λc122°11'.0E，计划航向CA012°，航速V12'，测得太阳下边沿六分仪高度hs57°42'.9，CT'02h54m10s，WT35s，CE03m22s（快），（I+s）+1'.6，e16.0m，求ZT1050的太阳船位线.船舶继续航行，预求中天区时ZT，中天时向南测得太阳下边沿六分仪高度Hs60°29'.2，求中天观测船位。
解：
ϕc
35－07’.0
N
λc
122－11’.0
E
SMT
10－50
7/9
hs
57－42.9
ZD
－08－00
i+s
1.6
GMT‘
02－50
7/9
d
－7.1
c
＋15.4
CT
02－54－10
7/9
ht
57－52.8
WT
－35
hc
57－51.7
CE
－03－32
Dh
＋1.1
GMT
02－50―13
7/9
GHA‘
210－29.8
Dec’
6－00.8
Nd-0.9
ms
12－33.3
d’
－0.8
GHA
223－03.1
Dec
6－00.0
N
λc
122－11.0
E
LHA
345－14.1
14－45.9
E
hc＝arcsin（sinϕcsinDec＋cosϕccosDeccosLHA）
Ac＝arccos（
－tgϕctghc）
hc
57－51.7
Ac
151°.5
经过航迹推算，可知1200推算船位：
ϕc
35－20.7
N
λc
122－14.6
E
T
11－58
7/9
hs
60－29.2
S
D
－9
i+s
+1.6
ZT
11－49
7/9
d
－7.1
ZD
－8－00
c
+15.4
GMT’
03－49
7/9
ht
60－39.1
S
Z
29－20.9
N
Dec’
05－59.8
Nd－0.9
Dec
5－59.1
N
d’
－0.7
ϕo
35－20.0
N
Dec
05－59.1
N
ϕo
35－20.0
N
λ0
122－19.5
E
图10×7cm
第二节观测太阳特大高度定位
所谓观测太阳特大高度定位是指当太阳高度
>88°，即其真顶距Z<2°（120'）时，用直接画船位圆来确定船位的方法。
一、发生特大高度的条件
船舶航行在低纬海区，在中天前后，当其纬度
恰好介于太阳赤纬
±2°的范围之内（即
与
的差值小于2°；
<2°,
与
同名取“-”,异名取“+”。
），即可观测到太阳特大高度。
由于太阳赤纬
每年的变化范围在23°27′S～23°27′N之间，所以一年中有可能观测到太阳特大高度的海区是25°27′S～25°27′N之间。
例如：
夏至时位于23°27′N±2°的海区内有可能观测到太阳特大高度。
二、观测太阳特大高度求船位的依据
1.如发生太阳特大高度，中天前后，十几分钟之内，太阳方位变化可达数十度。
因此，短时间内即可定位。
2.在低纬海区，墨卡托海图变形小，当
>88°时（此时已不能用高度差法求船位线），天文船位圆在其上的投影——周变曲线近似为圆。
因此可以在海图上，以太阳地理位置为圆心，以真顶距为半径，直接画圆来代替天文船位圆，由此而产生的误差小于±0
3。
三、观测太阳特大高度求船位的方法
1.观测太阳特大高度在太阳中天前后数分钟之内，观测2～3次太阳特大高度，同时记下观测时间。
最好第1次观测在中天前，第2次在中天，第3次在中天之后。
相邻两次观测之间太阳方位差应大于30°。
一般第1次观测在中天区时前5分钟左右，第2次在中天时观测，第3次在中天区时后5分钟左右观测。
这样，则可满足上述要求。
因此，为得到质量较高的观测船位，最好预求中天区时，根据中天区时来确定三次观测的大概时间。
在实际观测时，还可以利用驾驶台两侧的分罗经估测太阳的方位变化来确定观测时机，当太阳方位和太阳中天方位变化大于30°时即可观测。
2.求三次观测的天文船位圆圆心（太阳地理位置）
一般以第2次观测的船位圆的圆心为基准，求出第1次和第3次观测的船位圆圆心。
由于太阳周日视运动的方向是自东向西，所以第1次观测的船位圆圆心在第2次的东边，第3次在第2次的西边。
由第2次观测的世界时GMT2查《航海天文历》，求得太阳的格林时角GHA⊙和赤纬
Dec⊙，则第2次观测的天文船位圆圆心：
（4－7－1
由于一天中太阳赤纬变化不大，在十几分钟内太阳赤纬可以认为是不变的。
这样，三次观测的太阳地理位置的纬度可以认为是相等的，即：
＝
＝
＝Dec⊙
第1次观测的船位圆圆心：
＝
=
±
，
＝15（GMT2－GMT1）'（4－7－2）
第3次观测的船位圆圆心：
＝
=
±
，
＝15（GMT2－GMT3）'（4－7－3）
在式（4-7-2）、（4-7-3）中，GMT1、GMT2和GMT3分别为三次测天的世界时。
3.求三次观测的船位圆半径（太阳真顶距
）
三次观测的太阳观测高度经高度改正后求得其真高度
，则船位圆半径为
＝90°－
i＝1,2,3（4－7－4）
4.把三次观测订正到同一时刻（第二次观测时间）
按计划航向CA和航速V将：
PG1顺航向移
＝
至
PG3逆航向移
＝
至
（4－7－5）
5.求观测船位
分别以PG1、PG2、PG3为圆心，
、
、
为半径，在推算船位附近画三条船位圆圆弧，若构成船位误差三角形，则按边距比例法点出观测船位。
例4－7－21996年9月8日，ZT1158，ϕc06°01'.0N，λc089°47'.0E，CA290°，V15'，CE13s（慢），（i+s）=3'.5，e17.0m，观测三次太阳特大高度，记录如下:
1.CT'05h56m23s，WT23s，89°14'.3;
2.CT'05h58m33s，WT27s，89°28'.1;
3.CT'06h00m58s，WT30s，89°14'.1.
求ZT1158的观测船位.
解：
SMT
11－58
8/9
ZD
－6－00
GMT‘
05－58
8/9
CT’
05－56－23
8/9
CT’
05－58－33
8/9
CT’
06－00－58
8/9
WT
－23
WT
－27
WT
－30
CE
＋13
CE
＋13
CE
＋13
GMT1
05－56－13
8/9
GMT2
05－58－19
8/9
GMT1
06－00－41
8/9
GMT2
05－58－19
GMT2
05－58－19
ΔT1
02－06
GHA‘
255－35.6
ΔT2
02－22
Δλ1
31'.5
ms
14－34.8
Δλ2
35'.5
S1
0'.5
GHA
270－10.4
S2
0'.6
89－49.6
Dec’
05－35.4
Nd－0.9
d’
－0.9
Dec
05－34.5
N
ϕc
05－34.5
05－34.5
05－34.5N
90－21.1
89－49.6
89－14.1E
hs
89－14.3
hs
89－28.1
hs
89－14.1
i+s
－3.5
i+s
－3.5
i+s
－3.5
d
－7.3
d
－7.3
d
－7.3
c
+15.9
c
+15.9
c
+15.9
ht
89－19.4
ht
89－33.2
ht
89－19.2
Z
40.6
Z
26.8
Z
40.8
经作图得到ZT1158的观测船位：
ϕo06°01'.0N，λ0089°47'.8E
图10×7cm
第三节白昼“同时”观测金星太阳定位
金星是天空中除太阳和月亮之外最亮的星体，其视星等在－3.3～－4.4之间。
因此，我们就有可能在白天观测到金星，只要它的高度和与太阳的方位差角合适，即可“同时”观测太阳、金星定位。
一、白昼观测金星的时机
当金星位于东大距到下合前最亮日之间和下合后最亮日到西大距之间时，白昼可见金星，即金星运行在东大距之后35天之内和西大距之前35天之内是白昼观测金星的有利时机。
一年中金星位置可由英版《航海天文历》中的行星纪要（planetnotes）中查得，还可以从中版《航海天文历》的天象纪要中查取金星运行在东、西大距与最亮日之间的日期。
二、观测金星和太阳定位的步骤
观测应按先难后易的次序进行，即先测金星，后测太阳。
尽管金星较亮，但在白天用肉眼直接发现它还是比较困难的，所以在观测前需做如下工作：
1.借助航海望远镜寻找金星。
当金星位于东大距与下合前最亮日之间时，应在太阳东边寻找；当金星位于下合后最亮日与西大距之间时，应在太阳西边寻找。
2.当肉眼无法发现金星时，可利用索星卡估计金星的近似高度和方位，然后将六分仪定在该高度上，利用分罗经根据估计的方位在水天线附近寻找。
总之，只要白昼能看到金星，并且其高度大于15°，与太阳的方位差角大于30°，则可观测太阳、金星定位。
利用观测金星和太阳进行移线定位的计算步骤和太阳移线定位相似，只是其中一条船位线采用行星船位线的计算方法。
例4－7－31996年9月8日，ZT1030，ϕc35°05'.0N，λc137°28'.0W，观测金星和太阳，观测数据如下:
金星:
CT'07h26m14s，WT23s，66°30'.1;
太阳:
CT'07h30m17s，WT28s，52°38'.9.
已知CE19s（慢），e17.5m，（i+S）=1'.2，求ZT1030的观测船位.
解：
SMT
1030
8/9
ZD
＋0900
GMT‘
1930
8/9
CT
19－26－14
CT
19－30－17
WT
－23
WT
－28
CE
+19
CE
+19
GMT
19－26－10
8/9
GMT
19－30－08
8/9
GHA‘
149－33.2
v-0.3
GHA‘
105－38.6
ms
6－32.5
ms
7－32.0
v’
－0.1
GHA
113－10.6
156－05.6
137－28.0
W
137－28.0
W
LHA
335－42.6
LHA
18－37.6
24－17.4
E
Dec
18－14.4
Nd-0.9
Dec
052－2.2
Nd-0.9
d’
－0.2
d’
－0.5
Dec
18－14.2
N
Dec
05－21.7
N
hc＝arcsin（sinϕcsinDec＋cosϕccosDeccosLHA）
Ac＝arccos（
－tgϕctghc）
hc
66－24.1
hc
52－46.8
Ac
229°.3
Ac
137°.4
hs
66－30.1
hs
52－38.9
i+s
+1.2
i+s
+1.2
d
－7.4
d
－7.4
c
0.4
c
+15.3
c’
+0.1
ht
66－23.6
ht
52－48.0
hc
66－24.1
hc
52－46.8
Dh
0.5
Dh
+1.2
经作图得到ZT1030的观测船位为：
ϕo35°03'.2N，λc137°27'.5W
图10×7cm
第四节晨昏测星定位
测星定位是天文定位的重要方法，其优点是能在晨光昏影的短时间内求得观测船位，且推算误差的影响甚小，因此定位精度较高。
其缺点：
一是测星的时间较短，在低纬海区一般只有20～40分钟，二是晨光昏影时星光较暗，水天线也不如白天清晰，所以观测星体要比观测太阳困难一些。
一、测星时机
测星定位必须同时具备下述两条件：
一是有可供观测的星体，二是可见水天线。
一天中只有在黎明（晨光）和黄昏（昏影）这两段时间内才可同时满足上述两条件。
1．晨光昏影
航海上一般把黎明和黄昏这两段时间统称为晨光昏影（morningandeveningtwilight）。
晨光昏影期间的能见度，随着太阳在水天线下位置的变化而不同，为更确切地描述晨光昏影期间的能见度，又把晨光昏影分成三个阶段。
如图4－7－7所示。
图4－7－76×6cm
（1）民用晨光昏影
太阳上边沿与水天线相切时称太阳视出或视没。
太阳真高度
＝－6°时，称民用晨光始或民用昏影终。
太阳由民用晨光始（
=－6°）到视出所经历的时间称民用晨光；太阳由视没到民用昏影终（
=－6°）所经历的时间称民用昏影。
上述两段时间统称为民用晨光昏影。
（2）航海晨光昏影
太阳真高度
=-12°时称航海晨光始或航海昏影终。
太阳真高度由－12°到－6°或由－6至－12°所经历的时间间隔统称航海晨光昏影。
（3）天文晨光昏影
太阳真高度
=－18°时称天文晨光始或天文昏影终。
太阳中心高度由－18°到－12°或由－12°到－18°所经历的时间间隔统称天文晨光昏影。
晨光昏影时间的长短，取决于测者的纬度，纬度越高，晨光昏影时间越长，纬度越低，晨光昏影时间越短。
2．测星时机
根据测星定位的两个条件，只有在民用晨光始或民用昏影终前后一段时间内，即太阳真高度在－3°～－9°之间，才是测星定位的良好时机。
在这段时间内既可看到星体，又可看到水天线。
这段时间在低纬度一般只有20～40分钟，因此驾驶员要在该段时间内观测三颗或三颗以上的星体来定位，为把握住观测时机，测星前往往要做许多准备工作：
预求测星区时，选星，检查和校正六分仪等等，否则，就有可能在测星时间内测不下三颗星。
3．预求测星区时ZT
海上通常的做法是，早晨测星，利用ZT0600的推算船位预求民用晨光始区时；黄昏测星，则利用ZT1800的推算船位预求民用昏影终区时。
根据所求区时提前几分钟开始观测即可。
ZT=LMT
（4－7－6）
式中:
LMT：
晨光始或昏影终时测者的地方平时，可由《航海天文历》查出的格林经线上的晨光始或昏影终的地方平时来代替；
：
晨光始或昏影终时，测者经度与所在时区中线经度之差，可用ZT0600或ZT1800的推算经度与所用区时的时区中线经度之差来代替。
在《航海天文历》历书中每三天给出格林经线上晨光始或昏影终的地方平时，需要进行纬度内插（格林经线上晨光始或昏影终平时一天给一值，需进行经、纬度内插，一般当纬度低于60°时,经度内插可忽略不计）。
例4－7－41996年3月21日，ZT1530，ϕc36°54'.0N，λc122°45'.0E，CA002°，V10'，预求民用昏影终区时。
解：
1．按航向，航速求得2T1800的推算船位
φc37°18'.5N
λc122°46'.5E
2．求ZT
3．以φc35°N从航海天文历中查得民用昏影终
TT
183721/3
4．纬度内插
ΔTφ
＋1
5．民用昏影终地方平时
T
183821/3
6．经差（120°－122°46'.5E）
DλE
－11
民用昏影终区时
ZT
1827213
二、认星和选星
计算恒星船位线之前，必须要知道被测星体的星名。
这就要求驾驶员在测前或测后要辨认出所测星体的星名，即认星。
认星的方法大体上可分为两种：
一种是本书第二章介绍的目视认星，另一种是利用专用表册或工具认星。
这里着重介绍利用索星卡选星和认星的方法。
1.选择观测天体的注意事项
由于测星时间比较短，为了不错失测星时机，应预先做好一切可以提前做好的事情，包括利用索星卡选出在晨光昏影期间适宜观
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