天文定位

是一種古老且常用的定位方法，使用的工具有記時計、六分儀、天曆、天文計算表等。

利用日月星辰的高度角來測定海洋中船舶所在的位置，稱天文定位。因為地球繞太陽旋轉，太陽高度隨著每天不同的時間，有規律地變化，因此測量了太陽高度，根據觀測時間，就可以算出測點的經緯度。這種定位方法比較簡單，但受天氣影響較大，誤差也很大。

基本介紹

• 中文名：天文定位
• 外文名：celoposition
• 簡介：是一種古老且常用的定位方法
• 工具：記時計、六分儀、天曆
• 科目：測繪科學
• 起源：航海

天文定位

天文導航/定位系統的主要任務就是精確的拍攝一顆或多顆星的影像。從而獲得這些星在CCD平面坐標系中的坐標，經星圖識別算法後，知道了這些星在標準星庫中的對應星號，也就知道了在天球坐標下的坐標，這樣就得到了兩個坐標系：CCD平面坐標和對應的天球坐標，通過計算，得到兩個坐標系之間的位置傳遞函式，有了位置傳遞函式，就可以將CCD天文相機觀測的目標在相機視場內的CCD平面坐標轉換為天文坐標，完成觀測目標的天文定位。

基本原理

天文定位的基本原理：測者利用六分儀觀測天體高度，並根據記錄的天文鐘測天時刻的世界時，可從《航海天文歷》中查得天體坐標，相應地求得天體在地面上投影點的地理坐標。以該點為圓心、天體頂距（天體高度的餘角）為半徑畫出天文船位圓；兩個同時(前後緊接著的兩次觀測視為同時)觀測得出的天文船位圓的交點，即為觀測天體時的天文船位。這種天文船位圓的半徑通常達數千海里，直接按上述方法作天文船位圓求船位是困難的。

方法步驟

天文定位的實用方法是在基本原理的基礎上演進而來的，稱高度差法（又稱截距法）。

其定位步驟是：

①用六分儀測定天體的觀測高度（hs），並記錄觀測時的世界時。

②根據觀測時的世界時計算求得該天體的計算高度（hc）和計算方位（Ac）。

③將觀測高度修正為天體真高度（ht）。

④求高度差（Dh），Dh=ht－hc。

⑤從推算船位依據Ac畫出天體方位線，在該線上根據高度差截得一個截點（K）。

⑥通過K作天體方位線的垂線，即為天文船位線。

同時測得兩條或兩條以上的天文船位線，其交點即為天文船位。當測太陽中天(正午)高度或測北極星高度求船位線時，高度差法可以演進為測太陽中天高度求緯度或測北極星高度求緯度等方法。天體定位方式有同時測天定位和異時測天定位兩種。前者主要是在晨昏朦影時同時觀測兩個或兩個以上天體的高度進行定位；後者是在白天相隔一定時間觀測太陽高度，根據兩次觀測的時間間隔，按移線定位的方法將兩條天文船位線轉移到同一時刻相交，定出船位。天文定位的精度取決於天文船位線的精度和兩天體方位的夾角。天文船位線的精度主要取決於觀測高度的精度和計時的準確性，兩天體方位夾角以90°為最好。有經驗的測者在良好條件下定位的誤差一般不超過2海里。

天文定位所用儀器簡單、可靠，定位方法獨立性強，隱蔽性好，定位誤差穩定，滿足遠離海岸時的航海要求。用常規六分儀觀測天體高度須滿足既能看到天體又能看到清晰的水天線兩個條件。因此，天文定位的時機受天氣條件限制，一般只能在晴朗的晨昏和白天進行定位。

天文導航及定位技術的發展

天文定位技術是一門既古老又精確的導航方法，起源於航海。中國古籍中有許多關於將天文套用於航海的記載，西漢時代《淮南子·齊俗訓》就說過：“夫乘舟而惑者，不知東西，見斗極則悟矣”，如果在大海中乘船而不知東方或西方，那觀看北極星便明白了。宋代指南針套用於航海，大約到了明代，我國天文航海技術有了很大的發展，己能觀測星的高度來定地理緯度。過洋牽星術，普遍用於航海導航，《鄭和航海圖》中就有四幅過洋牽星圖，其中所標註位置誤差一般不超過5度。

20世紀中葉，載人航天技術極大地促進了天文導航技術在航天領域的發展，阿波羅登月和蘇聯空間站都使用了天文導航技術。美國國家航空航天局在1998年10月發射的“深空一號”探測器所使用的自主光學導航系統（AutoNav），根據己知星曆的小行星和恆星來定位，所確定的飛船軌道誤差在250千米和0.2米每秒的範圍。近年來高精度天文導航系統，己突破現白晝測星技術，白天可測得+2.5等星。

天文導航的主要優點在於它不需要建立陸基台站或向空間發射軌道運行體，是一種被動式的自主測量，不怕外界的電磁干擾和破壞，而且主要觀測目標是距離遙遠的永恆星體，因而有隱蔽性好、生命力強、可靠性高等優越性。在無線電導航和衛星導航受到干擾或破壞時，啟用天文導航更具有深遠的意義。由於天文導航有上述獨特的優越性和軍事上的重要意義，所以各國在發展諸如慣導、衛導、無線電導航的同時，從不間斷地發展天文導航，且達到頗高精度，例如，德國在2002年研製出基於天文導航原理的天頂儀TZK2-D，測量地理經緯度的精確度己經達到0.2" 。

天文定位系統

天文定位系統，是利用CCD天頂儀對測站天頂的星像進行拍攝，並對拍攝星圖圖像中的星體目標進行提取和精確定位；結合測站概略經緯度、拍攝天文時刻及基準電子星圖庫，對星圖中的恆星目標進行匹配識別；最後，利用匹配識別的恆星信息通過天體物理學的方法進行解算，精確計算測站的大地經緯度等地理信息。

天文航海定位

天文航海定位是針對船舶在海洋中行進時，對天體進行定位數據測量，通過反饋回的觀測數據，套用天文定位理論，進行數學模型構建並運用相關的公式法則，對觀測數據進行處理，最終確定船體地理位置的一門天體定位導航的科學。天文航海學涵蓋了多個領域的理論，其涉及到用於天文定位的時間系統知識、天文數學、天文常識等。運用天文學的相關知識原理在航海中定位是一種常用的傳統定位方法，尤其是船舶常用的電子導航定位系統被干擾或者毀壞時，船舶就會因無法辨別方位而不能正常的行駛，這時天文定位就會發揮其無可比擬的優勢。如何將現代電子科學技術在天文定位中進行最有效的利用，使傳統天文定位為人類更好的服務，是各個航海科研機構研究的重要指向，也是傳統航海定位突破枷鎖、瓶頸的一個重要契機。

美國的全球定位系統（GPS）、歐洲的伽利略定位系統、俄羅斯CLONSS（格洛納斯）全球導航定位系統及中國的北斗導航定位系統己經投入使用或即將投入使用。隨著電子科技導航的快速發展及其定位的精確性、快捷性及方便性；天文定位被逐漸的邊緣化，但是它仍然是從事航海事業者的一門必修科目。因為天文導航定位的儀器相對比較簡單而且容易操作，測量的物標是天體，不會因為人為的因素變化，可靠性高；天文定位的隱秘性高也是其一大優勢，在定位操作過程中不會因為有電磁信號、光電信號而暴露，這在電子對抗戰爭中的作用不言而喻。

然而，天文航海定位亦有其缺陷，比如它的定位數據必須是人工測量，並且繪圖、計算過程比較複雜且需要進行大量數據的處理，這些方面無不制約了天文航海定位的發展套用。尤其是全球導航定位系統顯示的是船體的實時船位，而天文定位確定船體船位需要經過數據觀測、數據處理及資料查詢等相關過程，得到的船體位置是數據測量時的船位，與實時船位有一定的差距。對於快速航行的船舶，一次船體定位的計算過程需要的時間，就是十幾海里到幾十海里的距離，這對在海洋中行駛的船舶是致命的弊端。這促使我們必需尋找一種科學的方式避免這些缺陷，從而使天文航海定位能真正的為我們所用，使其在航海導航定位系統中發揮著不可或缺的作用。

總而言之，與現代全球導航定位系統相比，船體定位的滯後性為天文定位的致命弊端；將現代的電子技術套用於傳統的天文定位，是解決這個問題的可行方案。將STM32單片機技術套用於天文航海定位，進行船用天文定位計算器的研製，這對傳統天文定位數據處理效率差、定位精確度低及定位實時性滯後的弊端得到極大改善；航海從業者可以容易的操作儀器，讀取所測量天體的各種相關的定位數據；將測量的天體定位數據，通過液晶屏輸入，按鍵求解即可。從而不用再進行大量數據的人工運算處理、多條船位線的繪製及誤差的分析與修正，極大方便了航海人員的航海定位的可操作性。