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现代化的天文定位——计算机代替天文定位中的

2015-06-11 02:01 毕业

摘 要：利用计算机完成天文定位中的太阳赤经、赤纬、太阳格林时角、春分点格林时角、测者地方时角的计算。

关键词：天文定位 太阳赤经 太阳赤纬 太阳格林时角

　　近年来，电子导航系统不断发展，特别是GPS导航仪的普及，使得船舶驾驶人员不重视天文定位。但是，天文导航有其独特的优越性:设备简单、可靠，观测的目标是自然天体而不受人为控制，不发射任何声、光和电波而具有隐蔽性等。因此，船舶驾驶员适任证书评估考试中仍然考核天文定位和天测罗经差，这些内容包含在天文导航中。但是，天文计算内容繁琐、劳动量大、容易出现错误。为了解决这些问题，用计算机实现天文定位就成为必然。以前的天文定位是用6分仪观测数据，然后查表、计算得出船位，这样费时费力。而现在我们可以通过射电6分仪准确快速的观测天体高度，然后通过计算机计算得出船位。整个过程在1分钟之内完成，可以说是实现了时时定位。

射电6分仪它工作在微波波段，自动跟踪太阳、月球或人造卫星，把天体（或人造卫星）地平坐标数据连同时间信息输入电子计算机，处理后给出船只或飞机所在地的地理位置。射电6分仪观测不受云雾甚至暴风雪的影响，因此可以全天候工作。假如在战争期间为了不发射信号，我们可以把射电6分仪换成普通6分仪，虽然操作需要人工，但也并不复杂。例如：应用太阳中天高度求纬度，在太阳中天时间，前后只需1分钟就可以测得太阳的高度，把数值输入计算机后马上得出测者的纬度，前后所需时间最多两分钟。

传统天文定位费时费力的关键是查表和计算。计算可以轻松的通过计算机来实现，天文定位要实现计算机化，查表求天文数据就成为关键。下面主要介绍如何利用计算机求取天文数据来代替查表。

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1、时间计算

1.求出儒略日JD

即JD=367*YEAR-INT（7*（YEAR+INT（（MONTH+9）/12））/4）+INT（275*MONTH/9）+DATE+1721013.5+GMT/24

其中：YEAR——年数（如2006）；

MONTH——月数（如10）；

　　 DATE——日期（如16）；

　　 GMT——世界时（如21）；

　　 INT——取整数。

2.从J2000.0起算的儒略世纪数T

T=（JD-2451545.0）/36525

2、太阳平均轨道根数

1.太阳赤道偏心率

es=0.016708617-0.00004204*T-0.0000001236*T2

2.太阳平均平近点角

MS0=357°31′39˝.804+（99r + 359°03′01˝.224）*T-0˝.577*T2-0˝.012 *T3

3.平黄赤交角ε0

ε0=23°26′21˝.448-46˝.815*T-0˝.00059* T2 +0˝.001813 *T3

4.白道升交点的平黄经Ωn 

Ωn=125°02′40˝.28-(5r+134°08′10˝.539)*T+7˝.455*T2+0˝.008*T3 

5.对于当天平春分点的太阳几何平黄经Ls0 

L s0= 280°27′57˝.85+（100 r+0°46′11˝.27）*T+ 1˝.089*T2 

其中1r=360°=1296000 ˝ 

3、其他所需的天体轨道根数 

1.日月距角D

D=277°51′01˝.307+（1236 r +307°06′41˝.328）*T- 6˝.891* T2 +0˝.011* T3 

2.金星的平近点角Mv 

Mv= 50°24′57˝.937+(162 r +197°48′38˝.915)*T+ 4˝.98* T2 +0˝.019* T3 

3.火星的平近点角Mm

Mm = 19°22′22˝.947+(53 r +59°51′19˝.55)*T+ 0˝.6331* T2 +0˝.0009* T3
[NextPage]

4、太阳轨道根数的改正

1.太阳平近点角的摄动改正ΔMs

ΔMs= 6˝.4*sin(251°.4+20°.2*T)+1˝.9*sin(207°.5+150°.3*T)

2.黄赤交角章动改正Δε

Δε=9˝.2*cosΩn

3.太阳黄经章动改正ΔΦ

ΔΦ=-17˝.2*sinΩn

4.中心差v

v=(2es -(es)3/4)sinMS+(5(es)2/4-11(es)4/24) sin2MS+13(es)3sin (3MS)/12+103(es)4sin (4MS)/96

5.太阳平黄经的主要摄动项

（1）长周期项

ΔLL =6˝.4*sin（251°.4+20°.2T）+1˝.9*sin（207°.5+150°.3T）　　

（2）月亮摄动项

ΔLN =6˝.6*sin D

（3）大行星主要摄动项

ΔLP =5˝.5*cos（148°.3+2Mv -2MS ）+ 4˝.8cos(299.1+ Mv - MS )+2˝.0cos(343°.9-2Mv +2MS )

6.太阳黄经光行差的改正

ΔLg=-20˝.4955/rs 

其中太阳向径rs =1.00000101778*(1- (es)2)/(1+ es *cos f ) 

太阳真近点角f= MSs+v

5、太阳轨道参数

1.太阳平近点角

MSs = MS0+ΔMS

2.黄赤交角

ε=ε0 +Δε 

3.太阳视黄经

λs= Ls0+ΔΦ+v+ΔLL +ΔLN +ΔLP +ΔLg

6、太阳赤道视坐标

由于太阳的黄纬很小，几乎为0，因此可以采用球面直角3角形公式直接将太阳视黄经转换为视赤经和视赤纬。

1.太阳赤经 RA=arctan(cosεtanλs)

2.太阳赤纬 Dec= arcsin(sinεsinλs)

其中：当cosλs<0时，太阳向径rs =-1.00000101778*(1- (es)2)/(1+ es *cosf)

7、春分点格林时角GHAγ

GHAγ=100.075+0.985647348*（JD-2400000.5 -GMT/24-33282）+15.04107GMT

8、太阳格林时角GHA⊙

GHA⊙=GHAγ-RA

9、太阳地方时角LHA

LHA= GHA⊙+λ（E）或LHA= GHA⊙-λ（W）

这样太阳赤经、赤纬、太阳格林时角、春分点格林时角、测者地方时角都已经求出。把以上过程编写成计算机程序的话，只需输入年、月、日、世界时，我们马上可以求得天文定位中所需的各项数据，前后不用1分钟。本人经过以上数据编程,得出的软件(本软件为山东省交通厅科研项目),经检验和天文历数据相差为秒级,由此可见计算机计算完全可以代替天文历.另外这些数据再加上天文定位的公式,经过计算机的编程处理,可以快速的得出船位。