2.1第一章 天文导航概述
天文导航
式中 r x 2 y 2 z 2 为卫星位置矢量参数
(x,y,z)卫星在惯性坐标系下X、Y、Z方向的位 置 (vx,vy,vz)卫星在惯性坐标系下X、Y、Z方向的 速度 μ是地心引力常数 J2为地球引力系数 ДFx、 ДFy 、 ДFz为地球非球形的高阶摄动、 日月摄动以及太阳光压力摄动和大气摄动 等
2，星光仰角：指从飞行器上观测到的导航恒星与
地球边缘的切线方向之间的夹角
s Υ 星光仰角
飞行器
r
Re 地球
飞行器轨道
Re sr arcsin 星光仰角Υ的表达式为： arccos r r
Re sr arccos arcsin 星光仰角Υ的表达式为： r r 其中r是卫星在地心惯性球坐标系中的位置
dx dt v x dy v y dt dz v z dt z2 dv x x 1 J Re 7.5 2 1.5 Fx 2 3 dt r r r dv y y z2 Re 3 1 J 2 7 . 5 2 1. 5 Fy r r r dt z z2 Re dv z 7. 5 2 4 . 5 Fz dt r 3 1 J 2 r r
地球卫星的轨道动力学模型为二体问题，
其天文导航系统的模型相对简单，我们 以地球卫星为例学习基于轨道动力学的 自主天文导航原理。 根据原理，自主天文导航包括三个部分： 1，建立系统的状态模型 2，建立量测模型 3，估计
1，建立系统的状态模型（状态方程）
系统状态模型即卫星轨道动力学模型
导航概述
测绘与国土信息工程系
地面无线电导航技术
无线电导航测角系统
振幅式导航系统：利用无线电波直线传播的特性 ，将运载体上的环形方向性天线转到使接收的信 号幅值为最小的位置，从而测出电台航向。
相位式导航系统：利用地面导航台发射迅速旋转 的方向图，根据运载体不同位置接收到的无线电 信号的不同相位来判定地面导航台相对飞机的方 位角。
利用等高度圆和等方位线确定位置
测绘与国土信息工程系
双星定位方法
只要用六分仪（一种光学仪器） 测得某恒星的高度角，再根据天 文年历及时钟查出该时刻恒星星 下点的位置，就能在地图上作出 一个等高圆。用同样的方法观测 另外一颗恒星可得到第二个等高 圆。两个圆有两个交点，一个是 舰船的真实位置，另一个是虚假 位置。根据舰船在测量时刻以前 的航迹或借助第三个等高圆，就 可排除虚假位置，确定真实位置 。
陆标导航技术
(l) 一标方位距离法：根据测定的至一个岸标的距离和方位来 确定船位,如用雷达测距离,用方位分罗经测岸标方位。过岸标 的等方位线与以岸标为圆心的等距离线(圆)的交点就是船位, 见图(a)。 (2) 二标方位法：根据测定出的至两个岸标的方位确定船位。 过两个岸标的两条等方位线的交点即为船位,见图(b)。
测绘与国土信息工程系
地面无线电导航技术
台站识别方面：不同台站采用不同的频率、时间 和编码来相互区分。如：频分制应用于台卡和塔 康等导航系统；时分制应用于微波着陆系统；码 分制应用于卫星导航系统，奥米伽导航系统混合 应用时分－频分制，用多频进行巷识别，用时间 区分台站。
测绘与国土信息工程系
地面无线电导航技术
测绘与国土信息工程系
导航设备的工作状态
卫星导航概述ppt课件
地形辅助导航系统（TANS）
有源和无源无线电导航系统
电子测距系统
伏尔（VOR）
罗兰-C
•罗兰-C 是由美国的海岸警卫队在 50 年代末研制成功的。 •导航方式跟罗兰-A 基本相同，但作用距离可以达到 1000
海里，可以用作远程导航系统。
•目前，北大西洋、北太平洋、地中海、中国沿海、美国本土
北宋 （AD.960-1127）
北宋 （AD.960-1127）
航海过程
在 James Cook（1728－1779）以前，船的安全 行驶依靠原始的导航技术，这些技术能够粗略的给 出船的位置。
在航海的过程中，船员们需要知道两条信息： 他们在地球上的经度和纬度的位置坐标，以及精确 的将坐标值映射到地图上。
惯性导航系统（INS）
惯性导航系统的结构图
捷联惯性导航单元结构图
惯性导航系统（INS）
环行激光陀螺仪
MEMS-INS
CNS-天球导航系统
CNS-天球导航系统
地形辅助导航系统（TANS）
78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44
导航历史
早在公元前3500年前，人类就有历史记载用大船装在货物
进行商业贸易的历史。这标志了人类导航艺术的诞生。 早期的
导航家都是在靠近海岸线用肉眼观察陆地标记或者大地特性来
辨别方向的。他们通常白天行驶，晚上找个平静的港口抛锚。
他们没有航海图，但他们列出了所需的方向，类似于今天的巡
航向导.
.
导航历史
和苏联（现在的俄罗斯）总共建设了 60 多个台站。
•1975 年，罗兰-C 被美国宣布为标准航海导航系统。
航海学天文定位第四篇天文航海第1、2章(改字体)
• 仰极高度等 于测者纬度。 •
hPN
• 2．天体方位 • 测者子午圈和 天体垂直圈在 真地平上所夹 一段弧距称天 体方位。
• (1)圆周法：无论北纬或南纬测者，均从北 点N起算，按顺时针方向沿真地平量至天体 垂直圈，由0º ～360º 计算。 • (2)半圆法：北纬测者，从北点N起算，沿 真地平向东或向西量至天体垂直圈，由0º ～ 180º 计算。 •
15º 25′.2E，LHA 299º 14′.3，Dec 14º 36′.0S，求天体地 理位置。 • 解 ： 天 体 地 理 位 置 纬 度 ＝ Dec ＝ 14º 36′.0S • 天体地理位置经度 ＝360º —283º 49′.1 ＝76º 10′.9E
• 9．仰极与俯极 • 真地平以上的天极称仰极(elevated pole)(即与测者纬度同名的天极)。真地平 以下的天极称俯极(depressed pole)。
• 10．垂直圈 • 过天顶Z、天体B和天底Z’的半个大圆ZBZ， 称天体垂直圈(vertical circle) 。
• 11．春分点和秋分点 • 地球绕太阳公转的轨道平面与天球相交的 大圆称黄道。黄道和天赤道相交两点分别 称春分点Υ (vernal equinox)和秋分点 (autumnal equinox)。
• 12 ．春分点时圈 • 过两天极和春分点Υ的半个大圆PNΥPS称 春分点时圈(hour circle of vernal equinox)。
三、第一赤道坐标系
• 采用天赤道为基准圆，以格林(或测者) 午圈和天赤道的交点为原点，几何极为 天北极。坐标是时角和赤纬，故又称时 角坐标系。
• 1．天体赤纬 • 从天赤道起，沿天体时圈量到天体中心的弧 距称赤纬(declination，Dec)，由0º ～90º 计 算。向天北极度量为北N，向天南极度量为南 S。 • 极距p：从仰极起沿天体时圈量至天体中心的 弧距，由0º ～180º 计算。p=90º ±Dec(赤纬与 纬度异名取加，同名取减)。
天文导航的原理及应用
天文导航的原理及应用天文导航是以太阳、月球、行星和恒星等自然天体作为导航信标，以天体的地平坐标(方位或高度）作为观测量，进而确定测量点地理位置（或空间位置）及方位基准的技术和方法.航空和航天的天文导航都是在航海天文导航基础上发展起来的。
航空天文导航跟踪的天体主要是亮度较强的恒星。
航天中则要用到亮度较弱的恒星或其他天体.以天体作为参考点，可确定飞行器在空中的真航向。
使星体跟踪器中的望远镜自动对准天体方向可以测出飞行器前进方向（纵轴）与天体方向（即望远镜轴线方向）之间的夹角（称为航向角）。
由于天体在任一瞬间相对于南北子午线之间的夹角（即天体方位角）是已知的.这样,从天体方位角中减去航向角就得到飞行器的真航向。
通过测量天体相对于飞行器参考面的高度就可以判定飞行器的位置.以地平坐标系在飞行器上测得某星体C的高度角h,由90°-h 可得天顶距z（图1），以星下点(天体在地球上的投影点）为圆心，以天顶距z所对应的地球球面距离R为半径作一圆，称为等高圆(图2)。
在这个圆上测得的天体高度角都是h.同时测量两个天体C1、C2，便得到两个等高圆。
由这两个圆的交点得出飞行器的实际位置 M 和虚假位置M′.再用飞行器位置的先验信息或第三个等高圆来排除虚假位置，经计算机解算即得出飞行器所在的经、纬度（λ、φ）。
天文导航的分类按星体的峰值光谱和光谱范围分，天文导航可分为星光导航和射电天文导航。
观测天体的可见光进行导航的叫星光导航,而接收天体辐射的射电信号(不可见光）进行导航的叫射电天文导航。
前者可解决高精度昼夜全球自动化导航定位，后者可克服阴雨等不良天气影响，通过探测射电信号进行全天候天文导航与定位.根据跟踪的星体数，天文导航分为单星、双星和三星导航。
单星导航由于航向基准误差大而定位精度低,双星导航定位精度高，在选择星对时，两颗星体的方位角差越接近90°，定位精度越高。
三星导航常利用第三颗星的测量来检查前两次测量的可靠性，在航天中，则用来确定航天器在三维空间中的位置.仪器和系统航空常用的天文导航仪器有星体跟踪器、天文罗盘和六分仪等。
天文导航1
如图所示，飞行器与近天体1（例如地球） 的单位位置矢量为 re ，近天体1与3颗导航恒
星的单位方向矢量为 s1 , s 2 , s3 ，A , A , A 的补角分 别为3次观测得到的3个量测量。可得到如 下方程：
1 2 3
恒星1
圆锥1
S1
航天器 S2 A1 Y 行星 R1 O X 圆锥3 A3 L1 S3 恒星3 A2 圆锥2 恒星2
这一几何描述也可用矢量公式表达。设i为 由近天体到恒星视线的单位矢量，这一矢 量的方向可由天文年历计算出来；r为近天 体到飞行器的位置矢量，r为未知量，由矢 量点乘关系可得位置面的数学描述为：
r i r cos A
其中A为已知的观测量。
近天体/飞行器/近天体
在图2.8中V为飞行器，P1、P2为两个近 天体，在t时刻由飞行器载仪表对P1和P2 进行天文测量，通过测量可求得P1与P2 间的夹角A。由几何关系可知，这时的位 置面是以两近天体连线为轴线，旋转通过 这两点的一段圆弧而获得的超环面，这段 圆弧的中心O在P1P2连线的垂直平分线 上，圆弧半径R与两近天体之间的距离rP 以及A的关系为
天文导航
1，概述
2，天文导航位置面的概念
3，基于纯天文几何解析法的天文导航原理
4，基于轨道动力学方程的天文导航原理
§2.1 概述
天文导航：以已知准确空间位置的自然天体
为基准，通过天体测量仪器被动探测天体位 置，经解算确定测量点所在载体的导航信息。 Βιβλιοθήκη 天器天文导航是通过观测天体来测定飞行
中的航天器所在位置的技术。
系统状态方程简写为：
X (t ) f ( X , t ) w(t )
式中，状态矢量 X [ x
天文导航的原理和应用pdf
天文导航的原理和应用pdf1. 引言天文导航是一种利用天体的位置和运动来确定地球或其他天体位置的方法。
天文导航的原理基于天体的固有属性和运行轨迹，通过观测和测量天体的位置和运动，可以确定导航者所处位置的方法。
本文将介绍天文导航的基本原理和其在实际应用中的具体场景。
2. 天文导航的基本原理天文导航的基本原理是利用天体的位置和运动来确定导航者所处位置的方法。
具体而言，天文导航依赖于以下几个关键要素：• 2.1 天体位置测量导航者需要准确地测量天体的位置。
这通常通过使用天文仪器如望远镜进行观测，并结合星表等工具来确定天体的准确位置。
• 2.2 天体运动测量天体的位置随时间变化，因此导航者需要测量天体的运动。
这可以通过观测天体在不同时刻的位置来实现，然后利用数学模型推算天体的运动轨迹。
• 2.3 天体运动模型为了准确地推算天体的位置和运动轨迹，导航者需要建立一定的天体运动模型。
这个模型可以基于天体的物理性质和行星力学原理来构建，并结合天文观测数据进行校准和验证。
• 2.4 导航计算方法最后，导航者需要利用测量到的天体位置和运动信息，结合天体运动模型，进行导航计算。
这个计算过程可以通过数学模型和算法来实现，以确定导航者所处的位置。
3. 天文导航的应用场景天文导航在实际应用中有广泛的应用场景。
以下列举了几个常见的应用场景：• 3.1 航空航天导航天文导航在航空航天领域有着重要的应用。
航空器和宇宙飞船可以通过测量天体的位置和运动来确定自身的位置，从而进行准确的导航和定位。
• 3.2 地理导航天文导航也可以应用于地理导航。
通过观测和测量地球上不同位置的天体，如太阳、北极星等，可以确定观测地点的经纬度等地理信息，从而实现导航和定位。
• 3.3 海上导航在海上航行中，天文导航可以帮助船舶准确地确定自身的位置。
通过测量太阳、月亮和恒星等天体的位置和运动，船舶可以使用天文仪器和导航工具确定自己的经度和纬度。
• 3.4 太空探索天文导航在太空探索中也具有重要的应用。
大连海事大学航海技术航海学课件.ppt
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天Байду номын сангаас航海
第一章 天文导航概述 第二章 天球坐标 第三章 天体视运动 第四章 时间与天体位置 第五章 求天体真高度 第六章 天文船位线 第七章 观测天体定位 第八章 天文船位误差 第九章 天测罗经差
1.三副证书考前评估
（1）海图作业 （2）船舶定位 （3）航线设计 （4）测罗经差 （5）航海仪器的正确使用 （6）货物积载与系固 （7）航海英语
航海学
附篇 球面三角与船位误差理论基础 第一篇 基础知识 第二篇 航迹推算与陆标定位 第三篇 电子航海 第四篇 天文航海 第五篇 航路资料 第六篇 航线与航行方法
海事局考试内容
航海学1 航海学2 航海学3
航海学1
第一篇 基础知识 第二篇 航迹推算与陆标定位 第三篇 电子航海
1.航海英语 2.船舶值班与避碰 3.航海学 4.船舶货运 5.船舶结构与设备 6.航海气象 7.船舶管理
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附篇 第四篇
航海学2
球面三角与船位误差理论基础 天文航海
第1章1 导航概论
第1章 导航概论
导航概论>无线电导航的基本知识>无线电导航的定义、任务及系统分类
4、航空无线电导航的基本任务
港区空域 航线空域 特定出口 特定入口
起飞机场
降落机场
• 航路导航系统：完成航线导航任务的系统； • 着陆引导系统：完成进场着陆引进的导航系统（有的着陆引 导系统具有离港引导能力）。 • 随着空域中飞机密度增高，特别是港区空域更加突出，空中 航 行管制显得非常必要，这也是导航业务的一个重要方面， 专门 用于空中航行管制的系统称为空中交通管制系统 （ATCS-Air Traffic Control System）。
• 1.2.1 无线电导航的定义、任务及系统分类 • 1.2.2 导航基本参量和术语 • 1.2.3 无线电导航系统的性能及技术指标
第1章 导航概论
导航概论>无线电导航的基本知识>导航基本参量和术语
1.2.2 导航基本参量和术语
• 航线和航迹
• 导航中常用的速度参量
• 导航中常用的角度参量
• 导航中常用的距离参量
– 磁航向：运载体重心点的磁北顺时针转到运载体纵 轴的夹角在水平面的投影。
– 电台航向（电台相对方位）
第1章 导航概论
导航概论>无线电导航的基本知识>导航基本参量和术语>常用角度参量
• 航迹角：基准方向和航迹之间的夹角。航迹方向与地速 方向是一致的 。 • 偏流角：运载体纵轴首向和航迹方向之间的夹角。因为 运载体的航向与空速方向一致，航迹方向与地速方向是 一致，因此偏流角是由于空速和地速方向不同造成的， 究其根本是由于风速造成的。 • 方位：表示两点间相对位置的量，由观测点基准方向顺 时针转到两点连线之间的夹角在水平面的投影来标度目 标点的方位。
天文导航的原理和应用
天文导航的原理和应用1. 概述天文导航是一种利用天体观测进行定位导航的方法，利用天体的位置和运动规律来确定地点和方向。
它是一种古老而可靠的导航技术，广泛应用于航海、航空、太空探测等领域。
本文将介绍天文导航的基本原理和实际应用。
2. 天文导航的原理天文导航的原理基于以下几个关键点：2.1 天体位置测定天文导航通过观测天体的位置来确定自身的位置。
天体位置测定的主要方法有：•天体测量角度•天体测量方位•天体测量高度2.2 天体运动规律天体运动规律是天文导航的基础之一。
主要的天体运动规律有：•地球自转•地球公转•天体自身运动2.3 时间测量天文导航需要准确的时间测量来计算天体的位置。
时间测量可以通过摄制时间和其他天文现象的观测来实现。
3. 天文导航的应用天文导航在许多领域都有重要的应用，下面介绍几个典型的应用场景：3.1 航海天文导航是航海中常用的导航方法之一。
航海员通过观测太阳、星星等天体的位置来确定自己的位置和航向，以帮助船只找到正确的航线。
3.2 航空天文导航在航空领域也有重要的应用。
航空导航使用天文数据来辅助飞行员确定航线和飞行方向，提高飞行的安全性和准确性。
3.3 太空探测在太空探测任务中，天文导航也起到了关键作用。
通过观测行星、恒星等天体的位置，太空探测器可以定位自身的位置和确定目标的方向。
3.4 科学研究天文导航不仅可以用于定位导航，还可以为科学研究提供重要的数据。
科学家通过观测天体的位置和运动规律，可以推断出一些天体运动的规律和天文现象的原理。
3.5 文化遗产保护天文导航在文化遗产保护中也有一定的应用。
一些古代建筑和遗址的设计和布局，常常与天文现象有关，通过观测天体位置和运动规律，可以揭示出这些古代文化遗产的特殊意义。
4. 总结天文导航是一种古老而可靠的导航技术，通过观测和计算天体的位置和运动规律，可以确定地点和方向。
天文导航在航海、航空、太空探测等领域有广泛的应用，同时也为科学研究和文化遗产保护提供了重要的数据和方法。
2021天文导航的分类、特点及研究展望范文1
2021天文导航的分类、特点及研究展望范文 0引言 导航在现代战争中具有极其重要的地位，在强电磁干扰的导航战背景下，如何提供高精度、高稳定性、高可靠和全天候的导航信息已成为当今导航技术的重要研究方向。
当前，世界各军事强国都在加大天文导航的研究力度，以提升导航的精度和抗电磁干扰能力。
1天文导航的发展与机载平台应用 1.1天文导航的发展 元明时期，我国已经能够通过"牵星术"观测星的高度来定地理纬度实现航海，18世纪，国外六分仪和天文钟的问世，大大提高了天文导航的准确性，前者用于观测天体高度，后者可以在海上用时间法求经度。
1837 年美国船长沙姆那发现了等高线，可同时观测经纬度，1875 年法国人圣西勒尔发明了高度差法，简化了天文定位线测定作业，至今仍在应用。
基于天文导航技术的特点，天文导航的研究应用范围正在扩大，从航海六分仪到自动的星体跟踪器，从水下的天文导航潜望镜，到航空航天用的星载、机载、弹载天文导航系统。
目前，国外天文导航正从传统的可见光测星定位向可见光测星定位和射电测星定位相结合的方向发展，从传统的小视场测星定位向小视场测星定位和大视场测星定位相结合的方向发展，以提高天文导航系统的精度和数据输出率，实现天文导航系统的高精度、自主、全天候和多功能化，满足多种作战平台的需要。
我国的天文导航技术近些年发展很快。
特别在航天、航海天文导航方面取得了一些新的技术突破，但与国外先进水平相比还存在着较大差距。
舰载、导弹、卫星等平台已有相关的应用，空中机载平台应用未见报导。
1.2机载平台应用 在航空领域，20世纪 60 年代之前，航空六分仪和天文罗盘已在某些飞机上使用，60 年代之后，天体自动跟踪器等天文导航设备在机载平台上得到成功应用。
如美军的中远程轰炸机、大型运输机、高空侦察机以及苏联的轰炸机均使用了天文导航设备。
美军B-2幽灵远程战略轰炸机安装了诺斯罗普公司研制的NAS-26 型天文/惯性导航系统。
天文导航基础(一)
因此菲尔德和彼得堡之间的大圆弧航线（黄色弧）距离是4318个海里，该 航线所需的时间为4318/500=8.636h=8h38m。
角的余弦公式
1 cos (A) = - cos(B)cos(C) + sin(B)sin(C)cos(a) 2 cos (B) = - cos(A)cos(C) + sin(A)sin(C)cos(b) 3 cos (C) = - cos(A)cos(B) + sin(A)sin(B)cos(c)
典型自主导航系统定位精度比较(根据 Frank Tai,Peter D.Noerdlinger)
1.5天文导航的发展现状及应用
• 天文导航系统的体系结构 • 天文导航在不同平台的应用
• 射电天文导航技术的应用
• 水平基准的发展现状
• 世界军事大国对天文导航技术的认识
1.6现代天文导航的发展的关键技术
s3 A1
A2
s1 s2
S2
S1
90 A1
90
90 A2
90 S3
2.1球面三角
导航三角形
导航三角形（通常是
90 Dec
GP
N
LHA
指斜三角形）是地球表面
上由北极N，观测者假定 位置AP，天体投影点GP构 成的球面三角形。所有的 天文导航都是在导航三角
赤道
90 LATAPDec来自天文导航基础第一章
绪
论
第一章 绪论
主要内容
• • • • • • 1.1天文导航概念 1.2课程的目的、意义 1.3天文导航的特点 1.4天文导航发展简史 1.5天文导航的发展及应用 1.6天文导航的关键技术
第一章 绪论
1.1 什么是天文导航？
天文导航概述
p
地面真地平 地心真地平
A ht’ ht 90o-ht PG ht
ht=ht’+p
天文船位圆： 圆心：天体地理位置PG 半径：90o－ht
第二节 天文导航主要内容
➢ 1、为了确定天体地理位置PG：天球坐标 ➢ 2、天体在天球坐标系中的位置变化是有规律的：天体视
运动 ➢ 3、天体位置随时间变化：精确时间（时间系统）对应精
航海学简介
航海学（Navigation）
研究有关船舶在海上航行的航线选择与 设计、船位的测定和各种条件下的航行方 法等重要问题，为船舶安全、经济航行提 供保障。
航海学主要研究内容
航线拟定 确定船位： 测定船位－－陆标定位 (地文航海)
－－天文定位 (天文航海)
－－无线电定位 (电子航海)
航行方法：大洋航行、沿岸航行、狭水道航行
特殊条件下航行(雾中、冰区航行)
天 文 导航
第一章 概论
天文定位是利用天体在海上进行定位的 技术，是船舶在大洋航行时获取船位非 常重要的一种方法。
可供定位天体：恒星、太阳、月亮和行 星
第一章 概论
➢ 十九世纪Βιβλιοθήκη 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
➢ 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。
确位置 ➢ 4、为了得到天文船位圆半径：测天体高度（六分仪） ➢ 5、根据天体地理位置及天文圆半径：天文定位
谢谢欣赏
THANK YOU FOR WATCHING
➢ 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
第一节 天文定位基本概念
距离定位原理
导航学5-3-2012(new)
v f zs
p( i u
i
,v
i
)
O
i
w
i
xs
Os 透镜
ys 光轴 第i颗星
p
ui
u
(u
i
,0 )
星敏感器测姿原理
Osxsyszs — 星敏感器坐标系 Ouvw — CCD成像面坐标系 OsO之间距离 f 为光学透镜的焦距 由图中的几何关系可得：
ui tan i f vi tan i f / cos i
t13 t23 t33
星敏感器测姿原理
上式各矩阵赋予命名，对应关系式：S = CTis 当观测星数 n 等于3颗时，星历矩阵C3×3为非奇异矩阵 ，那么转移矩阵Tis ＝ C-1S n > 3时，可以采用最小二乘法得到计算式： Tis = (CTC)-1CTS 因为Tis = TibTbs，则姿态矩阵 Tib = Tis(Tbs)-1，这里 Tbs 为星敏感器在飞行器上的常量安装矩阵，求得姿态矩阵 Tib
它的精确建模是影响 天文导航系统性能的 一项重要因素。
• 研究航天器在无控运动下的重力场和其他摄动 力作用下的质点动力学问题。 • 包括二体问题、多体问题和轨道摄动等内容
航天器二体轨道 二体问题 二体轨道
• 卫星轨道分析，假定卫星在地球中心引力场中运动，忽 略其他各种摄动力因素，这种卫星轨道称为二体轨道。
z
S0
5.3.1 天文观测量和量测方程
5 以两个近天体之间的夹角为量测量
两个近天体之间的夹角，就是从 航天器上观测到的两个近天体的 视线方向之间的夹角A,由几何知 识可知，这时的位置面是以两个 近天体连线为轴线，旋转通过这 两点的一段圆弧而获得的超环面 圆弧的中心O位于两天体连线的 垂直平分线上 ，圆弧半径R与两 个近天体之间的距离以及A之间 的关系： r
天文导航的天体敏感器 ppt课件
ppt课件
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2.3.1恒星敏感器简介 ——恒星敏感器性能要求
②高精度。恒星敏感器通常作为一种高精度的姿态确定设备， 应用于飞机、导弹等高精度制导武器的天文导航系统中。
ppt课件
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2.3.1恒星敏感器简介 ——恒星敏感器性能要求
③实时性强。为实现航天器的姿态确定，需对敏感到的恒星 进行实时的星体识别。
惯性敏感器
雷
光
恒太行
达
学
星阳星
成
成
敏敏敏
像
像
感感感
敏
敏
器器器
感
感器Βιβλιοθήκη 器微激波
光
雷
雷
达
达
ppt课件
陀 螺
加 速 度 计
倾 角 传 感 器
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2.3恒星敏感器
2.3 恒星敏感器 2.3.1 恒星敏感器简介 2.3.2 恒星敏感器分类 2.3.3 恒星敏感器结构 2.3.4 恒星敏感器的工作原理
天文与深空导航学
主讲：魏二虎 教授
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目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
第八章
天文与深空导航的理论基础 天文导航的天体敏感器 高轨地球卫星自主天文导航 深空探测器的自主天文导航原理与方法 VLBI技术用于深空探测器导航的原理与方法 USB技术用于深空探测器导航的原理与方法 脉冲星测量技术用于深空探测器自主导航的原 理与方法 其他导航技术在深空探测中应用与国内外深空 探测计划
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2.2天体敏感器分类
②按所敏感光谱的不同分为：可见光敏感器、红外敏感器和 紫外敏感器。
低轨地球卫星自主天文导航基本原理
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3.1.3纯天文几何解析方法基本原理
③ 根据这一观测数据可确定航天器必位于该圆锥面上。 ④ 通过对第二颗恒星和同一颗行星进行第二次测量，便得 到顶点也和行星的位置相重合的第二个圆锥。
School of Geodesy and Geomatics
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3.1.3纯天文几何解析方法基本原理
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3.1.2利用星光折射间接敏感地平的自主天文 导航基本原理
② 星光折射角与大气密度之间存在较精确的函数关系，而 大气密度随高度的变化也有较准确的模型，从而可以精 确地确定出折射星光在大气层中的高度rk， ③ 这个观测量反映了航天器与地球之间的几何关系，从中 可以获得间接的地平信息， • 由于星敏感器的精度远高于地平仪的精度，因此，利用 星光折射法可以得到更为精确的航天器位置信息。
天文与深空导航学
主讲：魏二虎 教授
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第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 天文与深空导航的理论基础 天文导航的天体敏感器 低轨地球卫星自主天文导航基本原理 深空探测器的自主天文导航原理与方法 VLBI技术用于深空探测器导航的原理与方法 USB技术用于深空探测器导航的原理与方法 脉冲星测量技术用于深空探测器自主导航的原 理与方法 其他导航技术在深空探测中应用与国内外深空 探测计划
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3.1.3纯天文几何解析方法基本原理
① 用天体敏感器来测量某一颗恒星和某一颗行星光盘中心之间 的夹角，航天器的位置就可由空间的一个圆锥面来确定。 ② 这个圆锥面的顶点为所观测的行星的质心，轴线指向观测的 恒星，锥心角等于观测得到的恒星和行星光盘中心之间的夹 角。
5磁场的基本物理量
天文导航基础天文定位原理 船用天文导航实例1 23 天文导航系统天文导航基础我们对“天体”了解吗？天文导航基础自然天体人造天体水星金星地球火星木星土星天王星海王星天文定位金星火星木星土星太阳月球航用天体εP sZP NN nEWOQ天轴和天极（Celestial Axis and Celestial Poles）εP sZP NN nEWOQ天赤道（Celestial Equator）εP sZP NN nEWOQ测者垂直线（Observer's Vertical）、天顶和天底εP sZP NN nEWOQ测者子午圆（Observer’s Meridian）黄道和黄极K NγΩεMP NFK s春分点和秋分点K NγΩεMP NFK sεP sZP NN nEWOQ测者真地平圈K NγΩεMP NFK s天球区域的划分：•北天半球和南天半球εP sZP NN nEWOQ天球区域的划分：•东天半球和西天半球εP sZP NN nEWOQ天球区域的划分：•上天半球和下天半球nQP NB δF EtεP szW第一赤道坐标系基准大圆：天赤道基准半圆：测者午半圆坐标原点：天赤道与午半圆交点ε 辅助圆：天体时圆和天体赤纬圈第一赤道坐标系基准大圆：天赤道基准半圆：测者午半圆坐标原点：天赤道与午半圆交点ε 辅助圆：天体时圆和天体赤纬圈nQP NB δF EtεP szWnQP NB δF Et εP szW第一赤道坐标系基准大圆：天赤道基准半圆：测者午半圆坐标原点：天赤道与午半圆交点ε 辅助圆：天体时圆和天体赤纬圈tnQP NB δF EtεP szWδ 第一赤道坐标系基准大圆：天赤道基准半圆：测者午半圆坐标原点：天赤道与午半圆交点ε 辅助圆：天体时圆和天体赤纬圈nQP NB δF Et εP szWδ 第一赤道坐标系基准大圆：天赤道基准半圆：测者午半圆坐标原点：天赤道与午半圆交点ε 辅助圆：天体时圆和天体赤纬圈tnQP NB δF Et εP szWδ 第一赤道坐标系基准大圆：天赤道基准半圆：测者午半圆坐标原点：天赤道与午半圆交点ε 辅助圆：天体时圆和天体赤纬圈tnQP NB δF Et εP szWδ 第一赤道坐标系基准大圆：天赤道基准半圆：测者午半圆坐标原点：天赤道与午半圆交点ε 辅助圆：天体时圆和天体赤纬圈t第二赤道坐标系基准大圆：天赤道基准半圆：春分点时圆坐标原点：春分点辅助圆：天体时圆和天体赤纬圈nP NP sZzANwBS地平坐标系基准大圆：测者真地平圈 基准半圆：北方位圈或南方位圈坐标原点：正北点N 或正南点S辅助圆：天体方位圆或天体高度圆hFεP sP NK sQM K Nγl b BΩ黄道直角坐标系基准大圆：黄道基准半圆：春分点黄经圈坐标原点：春分点辅助圆：天体黄经圈和天体黄纬圈。
各种导航技术的优缺点分析
导航是引导运载体按一定航线航行的过程，在环球经贸往来的角度看，导航最主 要的运载体就是船舶，因为在茫茫的海上，根本不可能像陆地那样找到可利用的参照 物。这就需要一定的物理技术手段来实现对船舶的导航定位。其主要包括地文导航、 天文导航、无线电导航、卫星导航等技术。从当代导航技术的应用来看，每种导航技 术都有自己的优缺点，例如：地文导航简单可靠，但受气象条件影响比较严重；天文 导航保密性强，但同样受到气象条件和观测时间的限制；无线电导航原理简单，通用 性强，但地磁和地理因素不容忽视；卫星导航精度高，却受政治因素的制约。
导航技术属于前沿科学，在计算机技术引导下的导航技术的研究一定会越来 越普遍，将来导航技术的应用也会越来越广泛。
目录
中文摘要 .................................................................I 英文摘要 ................................................................II 第 1 章 地文导航技术的优缺点分析 ..........................................1
天文导航是根据天上星座的运行规律来对地面上的目标进行定位。通过观测 星体相对地球的位置参数以及观测时间，即可确定观测者在地球上的位置，从而 引导运动体航行，这就是天文导航或天体导航。天文导航不需要地面支撑设施， 具有保密性强的特点，是一种自备式导航系统，不受人为或自然电磁干扰，具有 隐蔽性好、无累积误差及较好的精度等优点，但是天文导航受气象条件（阴天、 雨天）和时间（黑夜）的限制，而且观测的时间较长，操作计算比较复杂。
In the voyage, the text navigation is also called observation navigation, it is the use of compass, range finder and the sextant and other observation equipment, observation shore target position, distance and horizontal angle, according to certain rules to determine ship's position, as to the text navigation method or landmark positioning. This navigation is simple and reliable. However, more serious by the meteorological conditions, in poor visibility and difficult observational targets, you can not navigate the. No goals in the vast sea, the desert using this method is also difficult to navigate. However, the use of radar, navigation can be improved to the text navigation superiority.
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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
第二节 天文航海主要内容
天文航海主要内容：
1、为了确定天体地理位置PG和船位：天球坐标 2、天体在天球坐标系中的位置变化是有规律的：天体视 运动 3、天体位置随时间变化：精确时间（时间系统）对应精 确位置 4、为了得到天文船位圆半径：测天体高度（六分仪） 5、根据天体地理位置及天文圆半径：天文定位
航海学简介
航海学（Navigation）
研究有关船舶在海上航行的航线选择与设计、 船位的测定和各种条件下的航行方法等重要问 题，为船舶安全、经济航行提供保障。
航海学主要研究内容
航线拟定 确定船位：航迹推算－－航迹绘算、
航迹计算 测定船位－－陆标定位 (地文航海) －－天文定位 (天文航海) －－无线电定位 (电子航海)
必须人工观测，计算繁琐等
第一节 天文定位基本概念
距离定位原理
R1
B
R2 A
第一节 天文定位基本概念续2
同时观测两个天体就可以得到两个天文船位圆，两个天文 船位圆交于两点，靠近推算船位的一点即天文观测船位。
Ⅰ
+C
Ⅰ PG1 PG2
第一节 天文定位基本概念
p
地面真地平
A
ht’ PG
ht
பைடு நூலகம்
ht=ht’+p
定罗经差的学科
同时阐述了与船舶安全、经济运行密切 相关的时间系统。
第一章 概论
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
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，
航行方法：大洋航行、沿岸航行、狭水道航行
特殊条件下航行(雾中、冰区、岛礁区航行)
航海学还包括：
航海学基础知识：坐标、方向和距离；海图 航路资料： 潮汐与《潮汐表》 航标和《航标表》 航海图书资料（END）
天文航海
第一章 概论
天文航海（Celestial Navigation）是研究
船舶在海上如何利用天体导航定位、测