現代化的天文定位-計算機代替天文定位中的查表

摘 要：利用計算機完成天文定位中的太陽(yáng)赤經(jīng)、赤緯、太陽(yáng)格林時(shí)角、春分點(diǎn)格林時(shí)角、測者地方時(shí)角的計算。

關(guān)鍵詞：天文定位 太陽(yáng)赤經(jīng) 太陽(yáng)赤緯 太陽(yáng)格林時(shí)角

　　近年來(lái)，電子導航系統不斷發(fā)展，特別是GPS導航儀的普及，使得船舶駕駛人員不重視天文定位。但是，天文導航有其獨特的優(yōu)越性:設備簡(jiǎn)單、可靠，觀(guān)測的目標是自然天體而不受人為控制，不發(fā)射任何聲、光和電波而具有隱蔽性等。因此，船舶駕駛員適任證書(shū)評估考試中仍然考核天文定位和天測羅經(jīng)差，這些內容包含在天文導航中。但是，天文計算內容繁瑣、勞動(dòng)量大、容易出現錯誤。為了解決這些問(wèn)題，用計算機實(shí)現天文定位就成為必然。以前的天文定位是用6分儀觀(guān)測數據，然后查表、計算得出船位，這樣費時(shí)費力。而現在我們可以通過(guò)射電6分儀準確快速的觀(guān)測天體高度，然后通過(guò)計算機計算得出船位。整個(gè)過(guò)程在1分鐘之內完成，可以說(shuō)是實(shí)現了時(shí)時(shí)定位。

射電6分儀它工作在微波波段，自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)、月球或人造衛星，把天體（或人造衛星）地平坐標數據連同時(shí)間信息輸入電子計算機，處理后給出船只或飛機所在地的地理位置。射電6分儀觀(guān)測不受云霧甚至暴風(fēng)雪的影響，因此可以全天候工作。假如在戰爭期間為了不發(fā)射信號，我們可以把射電6分儀換成普通6分儀，雖然操作需要人工，但也并不復雜。例如：應用太陽(yáng)中天高度求緯度，在太陽(yáng)中天時(shí)間，前后只需1分鐘就可以測得太陽(yáng)的高度，把數值輸入計算機后馬上得出測者的緯度，前后所需時(shí)間最多兩分鐘。

傳統天文定位費時(shí)費力的關(guān)鍵是查表和計算。計算可以輕松的通過(guò)計算機來(lái)實(shí)現，天文定位要實(shí)現計算機化，查表求天文數據就成為關(guān)鍵。下面主要介紹如何利用計算機求取天文數據來(lái)代替查表。

1、時(shí)間計算

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——年數（如2006）；

MONTH——月數（如10）；

　　 DATE——日期（如16）；

　　 GMT——世界時(shí)（如21）；

　　 INT——取整數。

2.從J2000.0起算的儒略世紀數T

T=（JD-2451545.0）/36525

2、太陽(yáng)平均軌道根數

1.太陽(yáng)赤道偏心率

es=0.016708617-0.00004204*T-0.0000001236*T2

2.太陽(yáng)平均平近點(diǎn)角

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

3.平黃赤交角ε0

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

4.白道升交點(diǎn)的平黃經(jīng)Ωn 

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

5.對于當天平春分點(diǎn)的太陽(yáng)幾何平黃經(jīng)Ls0 

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

其中1r=360°=1296000 ˝ 

3、其他所需的天體軌道根數 

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.金星的平近點(diǎn)角Mv 

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

3.火星的平近點(diǎn)角Mm

Mm = 19°22′22˝.947+(53 r +59°51′19˝.55)*T+ 0˝.6331* T2 +0˝.0009* T3
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4、太陽(yáng)軌道根數的改正

1.太陽(yáng)平近點(diǎn)角的攝動(dòng)改正ΔMs

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

2.黃赤交角章動(dòng)改正Δε

Δε=9˝.2*cosΩn

3.太陽(yáng)黃經(jīng)章動(dòng)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.太陽(yáng)平黃經(jīng)的主要攝動(dòng)項

（1）長(cháng)周期項

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

（2）月亮攝動(dòng)項

ΔLN =6˝.6*sin D

（3）大行星主要攝動(dòng)項

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

6.太陽(yáng)黃經(jīng)光行差的改正

ΔLg=-20˝.4955/rs 

其中太陽(yáng)向徑rs =1.00000101778*(1- (es)2)/(1+ es *cos f ) 

太陽(yáng)真近點(diǎn)角f= MSs+v

5、太陽(yáng)軌道參數

1.太陽(yáng)平近點(diǎn)角

MSs = MS0+ΔMS

2.黃赤交角

ε=ε0 +Δε 

3.太陽(yáng)視黃經(jīng)

λs= Ls0+ΔΦ+v+ΔLL +ΔLN +ΔLP +ΔLg

6、太陽(yáng)赤道視坐標

由于太陽(yáng)的黃緯很小，幾乎為0，因此可以采用球面直角3角形公式直接將太陽(yáng)視黃經(jīng)轉換為視赤經(jīng)和視赤緯。

1.太陽(yáng)赤經(jīng) RA=arctan(cosεtanλs)

2.太陽(yáng)赤緯 Dec= arcsin(sinεsinλs)

其中：當cosλs<0時(shí)，太陽(yáng)向徑rs =-1.00000101778*(1- (es)2)/(1+ es *cosf)

7、春分點(diǎn)格林時(shí)角GHAγ

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

8、太陽(yáng)格林時(shí)角GHA⊙

GHA⊙=GHAγ-RA

9、太陽(yáng)地方時(shí)角LHA

LHA= GHA⊙+λ（E）或LHA= GHA⊙-λ（W）

這樣太陽(yáng)赤經(jīng)、赤緯、太陽(yáng)格林時(shí)角、春分點(diǎn)格林時(shí)角、測者地方時(shí)角都已經(jīng)求出。把以上過(guò)程編寫(xiě)成計算機程序的話(huà)，只需輸入年、月、日、世界時(shí)，我們馬上可以求得天文定位中所需的各項數據，前后不用1分鐘。本人經(jīng)過(guò)以上數據編程,得出的軟件(本軟件為山東省交通廳科研項目),經(jīng)檢驗和天文歷數據相差為秒級,由此可見(jiàn)計算機計算完全可以代替天文歷.另外這些數據再加上天文定位的公式,經(jīng)過(guò)計算機的編程處理,可以快速的得出船位。

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