天文航海PPT

格林时角与地方时角的转换
起算点：格林时角为格林午圈；地方时角为测者 午圈；两者相差一个经度。
1.4 坐标变化情况
赤纬与测者无关；时角与测者有关。
对于行星，赤纬与时角随天体的移动而发生变化。
1.5 第一赤道坐标系的不足
时角时刻在变化，该坐标系得到的只能是瞬时的 天体位置。
2、第二赤道坐标系
◆基准圆：天赤道、
坐标变化情况
赤纬和春分点格林时角与测者无关；
3、地平坐标系
◆ 基准圈：真地平圈、测者子午圈； ◆辅助圈：天体方位圈； ◆ 坐标 天体高度(altitude, h)：从真地平圈起沿天体方位圈量到 天体中心的弧距，由0˚~90˚计算。从地平向上（天顶方向） 为正（+），反之为负。 顶距（zenith distance, Z）：从天顶起沿天体方位圈量 到天体中心的弧距，由0˚~180˚计算。
天体赤纬（Declination, Dec）
◆ 定义：从天赤道起，沿天体时圈量到天体 中 心的弧距；由0˚~90˚计算，向南天极度量为南， 向北天极度量为北。 ◆ 极距p：是天体赤纬的另一种表示方法，从仰 极起沿天体时圈量至天体中心的弧距，由 0˚~180˚计算 ◆ 两者关系：
天体地方时角（LHA：Local Hour Angle）
4、天球的划分
（1） （2） （3）
上下半球：测者真地平圈将天球分为 上下两半球。 南北半球：天赤道将天球分为南北两 半球； 东西半球：测者子午圈将天球分为东 西两半球。
三、坐标系的建立
1、 第一赤道坐标系（时角坐标系） ◆ 基准圆：天赤道、测者子午圈
◆ 辅助圆：天体时圈、赤纬圈
1.3 坐标
第一节 天体周日视运动


一、定义：天体每日东升西降，以一昼夜为这些后期 运动的现象称为天体周日视运动(diurnal apparent motion of celestial body) 二、天体周日视运动的成因及其运动规律 2.1 成因：地球绕地轴自西向东的自转。 2.2 运行规律： 方向：自东向西； 轨迹：天体周日平行圈，严格讲应是两许的一条球面 螺旋线。
圆周法与半圆周法方 位的换算：
第二节
坐标变换
一、天文三角形(Astronomical triangle) 1、天文三角形的九要素 三个顶点：天顶、天体和仰极；
三
边：
三
角：
2、注意事项：因为是三角形，故 任一角度的取值范围在0º ~180º 。
二、解算天文三角形
1、求天体计算高度hc 和计算方位Ac的计算 公式 1.1 航海实际：通 常已知测者纬度φ， 天体赤纬Dec，和 天体地方时角LHA；
1.2 球面三角形的余弦公式和四联公式
1.3 使用上述公式注意事项：
◆ 纬度恒为正（无论北纬还是南纬）； ◆ 赤纬与纬度同名为正，异名为负； ◆ 时角为半圆时角，取正值（无论西行还是东行）；
◆ 方位为半圆方位，第一名称与纬度同名，第二名称
与半圆地方时角同名
三、天球作图
例题7：已知测者纬度φ40ºN，天体赤纬Dec50º N， 天体地方时角LHA80º W，绘图求取天体高度和方位。 解： 1、绘制测者子午圈平 面图
（7） 测者真地平圈：过E、S、W、N四方位基 点的大圆。 方位基点的确定： ① N、S的确定：测者子午圈与真地平圈有两个 交点，靠近天北极的一点称为北；相对应的一点 称为南；② E、W的确定：天赤道与真地平圈 交于两点，测者面向北点，左西右东。
（8） 垂直圈：过天顶、天底和天体中心的半 个大圆；也叫方位圈；同时，由于该圈与真地平 圈垂直，故又称为垂直圈。 （9） 黄道：地球绕太阳公转的轨道平面与天 球相交的大圆称为黄道。 （10） 春分点和秋分点：黄道与天赤道的交点 称为春分点γ和秋分点。 （11） 春分点时圈：过两天极和春分点的半个 大圆
第一节 天体周日视运动
天体出没的条件：
当
时，如果 同名， 则刚好不没；如果
异名，则刚
好不出；
第一节 天体周日视运动
天体的中天 定义：在周日视运动中，当天体中心通过子午圈时， 称为中天。当天体中心通过测者午圈时，称为上中天 (upper meridian passage)。当天体中心通过测者子 圈时，称为下中天(lower meridian passage)。 典型数据:LHA=0º ，当天体的赤纬与测者纬度异名 或 且同名时，天体半圆方位角A=180º ，位置 角X=0º ；当 且同名时，A=0º ，X=180º 。
时圈，由0˚~180˚计算，需命名。 标注E或W。
相互换算： 经验方法：采用 十字架法。
天体格林时角（GHA：Greenwich Hour Angle）
定义：格林午圈与天体时圈在天赤道上所夹的弧距； 或定义为在仰极处从格林午圈向西（从天球外看向天 北极，顺时针旋转的方向为西，反之为东）量到天体 时圈的球面角 度量： 圆周法：由格林午圈开始沿天赤道向西度量到天 体时圈，由0˚~360˚计算，无需命名。
2、绘制天赤道平面图
3、绘制测者地平面图
第三节 航用天体
一、天体简介
1、太阳系（Solar system） 1.1 太阳(Sun)：直径139万公里、离地球1.5亿公里， 太阳系的中心； 1.2 行星(Planets)：沿椭圆轨道绕太阳（或恒星）运动 的天体叫行星；九大行星：按距离太阳由近及远的顺序 排列依次为：水、金、地、火、木、土、天王、海王、 冥王星；水星看不到，离太阳太近。天王、海王、冥王 星看不到，离我们太远。 四大航用行星：金、火、木、土。
第一节 天体周日视运动

2.3 天体周日视运动的现象 基本现象：出没、中天、高度和方位的变相等现象； 天体的出没(rise and set of celestial body) 成因：天体中心通过测者地心真地平(celestial horizon)时称为天体的真出没，天体中心位于东方真 地平时，称为真出(true rise)，天体中心位于西方真 地平时，称为真出(true set)
第一节 天体周日视运动 ◆ 中天高度的计算
上公式 ， 同名取正，异名取负。当
不同纬度上天体周日视运动现象
测者位于赤道上（φ=0°） 测者位于两极上（φ=90°N或S） 任意纬度：测者纬度越高，不出没 的天体越多
三、天体周日视运动引起天体坐标的变化
天文航海
武汉理工大学
主要内容
一
二 三 四
第一章 第二章 第三章 第四章
天文航海概述 天球坐标系 天体视运动 时间与天体位置
第一章
1、优点：
天文航海概述
天文航海主要特点
（1）设备简单、可靠
（2）观测天体是自然天体，不受人为控制； （3） 不发射任何声、光和电波，因而具有隐蔽性等优点 2、 缺点： （1） 受自然条件限制，不能全天候导航； （2） 必须人工观测，计算烦琐；
天文航海发展趋势
1、新的航海仪器的发明使夜间天文观测成为可能， 如射电六分仪、夜视六分仪等； 2、计算机科学与天文学逐步结合；
第一节 天文定位基本概念
一、定位实质
无论采用什么定位方法，都可以归结为求两条以上船位线交点 的问题。
二、天文观测实质
在某一时刻，利用六分仪（专用侧角仪器）观测某一天体的高 度（天体与水天线间的垂直夹角），经过一系列的计算，可以 求得一条船位线。如果同时观测了两个天体，则可求得两条船 位线，该两条船位线的交点就是天文观测船位。根据所观测天 体高度和观测准确时间求天文船位的问题是天文航海要解决的 主要问题之一。
卫星(Satellites)：围绕行星运行的天体；
恒星(Star)：最近的恒星（除太阳外）是半 人马座的比邻星
二、航用恒星识别
1、 星座和星名 恒星基本上是根据星的亮度等级，按希腊 字母的顺序命名的，即从α开始，依次为β、γ、δ、ε…，较 亮的恒星有专名。 2 、星等 星等是表示天体明亮程度的等级单位。肉眼可见 的星为6等星；亮度为它的2.512倍的星为5等星，亮度为5等 星亮度2.512倍的星为4等星，依次类推。 星等越小，星亮度 越大；《航海天文历》记载航用恒星和行星； 航海上一般将星等小于1.5的恒星，称为一等星。
从图中可以清楚的 看出：
即仰极高度等于测者纬度。
天体方位（Azimuth, A） 定义：测者子午圈和天体方位圈在真地平上所夹的一段 弧距。 度量： 圆周法：从N点起算，按顺时针方向沿真地平量到天 体方位圈，由0˚~360˚计算。 半圆周法：北纬测者从N点起算，沿真地平向东或向 西量到天体方位圈，由0˚~180˚计算。南纬测者从S点起算， 沿真地平向东或向西量到天体方位圈，由0˚~180˚计算。
3、航用恒星识别
春 夏 秋 东 大熊斗狮子，室女南十字； 天鹅携天琴，天蝎南三角； 仙后骑飞马，南鱼跃波江； 御夫会猎户，大犬卧船底。
4、赤道上可见到全天星体；纬度越高，所见 星体越少。
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第三章
天体视运动
由于地球的自转和和绕太阳的公转，以及天体的 运行，使得天体随时间在不停的运动着，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)
（5）测者子午圈：过测者天顶、天底和两天极 的大圆。① 测者子圈：两天极之间包含测者天 顶的半个大圆；② 测者午圈：两天极之间包含 测者天底的半个大圆； （6）格林子午圈：过格林天顶、天底和两天极 的大圆。 ① 格林子圈：两天极之间包含格林天 顶的半个大圆；② 格林午圈：两天极之间包含 格林天底的半个大圆；
◆定义：测者午圈与天体时圈在天赤道上所夹
的弧距；或定义为在仰极处从测者午圈向西（从 天球外看向天北极，顺时针旋转的方向为西，反 之为东）量到天体时圈的球面角。
◆ 度量：
圆周法：由测者午圈开始沿天赤道向西 度量 到天体时圈，由0˚~360˚计算，无需命名
半圆周法：由测者午圈开始沿 天赤道向西或向东度量到天体
定义：春分点‫ץ‬与天体时圈在 天赤道上所夹的弧距；或定义为 在仰极处从春分点‫ץ‬向西（从天 球外看向天北极，顺时针旋转的 方向为西，反之为东）量到天体 时圈的球面角。由0˚~360˚计算 。由图11可知：RA+SHA=360˚
春分点格林时角（GHA‫ץ‬：Greenwich Hour Angle of Aries） 定义：从格林午圈起，沿天赤道向西度量到春分点时圈 的弧距。由0˚~360˚计算。 由图11可知：GHA=GHA‫ץ‬+SHA 又：
测者子午圈
◆ 辅助圆：天体时圈、
赤纬圈
◆坐标
天体赤纬（Declination, Dec）
天体赤经（RA：Right Ascension）
定义：在仰极处从春分点‫ץ‬向东（从天球外看向天 北极，顺时针旋转的方向为西，反之为东）量到天 体时圈的球面角。由0˚~360˚计算。
天体共轭赤经（SHA：Sidereal Hour Angle ）
二、天文航海各相关内容简介
1、 观测天体定位
2、 观测天体求罗经差 ◆ 观测天体求罗经差是目前在大洋航行中测定罗经 差的主要方法
3、 天文数学建模
第二章
第一节
天球坐标系
天球坐标系
一、天球 1、 形状：夜晚仰望天空 时，天空就像一个倒扣 过来的半球形； 2、 定义：以地球为球心， 以无限长为半径所作的 球面叫天球（Celestial Sphere）。
三、天文观测中，通常采用地球第一近似圆球 体。
四、天文观测原理
第二节
天文航海主要内容
一、天文航海主要内容 1、 观测天体定位，即观测天体高度，同时记录观测时 间来确定船舶在海上的位置； ◆ 球面天文学和普通天文学的基本理论和知识； ◆ 研究天文导航的原理、方法、设备和误差； ◆ 时间系统； 2、 观测天体求罗经差，即观测天体的罗方位，同时记 录观测时间来 罗经差； 3、 天文导航计算问题的数学模型和应用程序；
二、天球上的基本点、线、圈
1、与地球有关的基本点、 线、圈
2、与天体有关的基本点、 线、圈
3、 与测者有关的基本点、 线、圈
4、 基本概念
（1） 仰极： ① 与测者纬度同名的天极； ② 真地平以上的天极； （2） 俯极： ① 与测者纬度异名的天极； ② 真地平以下的天极； （3）天体时圈：过两天极和天体中心的半个大 圆； （4）天体赤纬圈：过天体且平行于天赤道的小 圆，因是天体运行轨迹，故又称为天体周日平行 圈，与地球纬度圈对应。