用假设经纬度法观测天体定位的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及天文定位和导航的方法，尤其是一种用假设经炜度法观测天体定位和 导航的方法。
【背景技术】
[0002] 航海测天定位方式，自1837年美国船长萨姆纳发现天文船位线，1875年法国海军 军官圣希勒尔发明高度差法（也称截距法），沿用至今。
[0003] 高度差法的原理是，以选择船位为基点，在天体计算方位方向上，用天体观测真高 度与天体计算高度的差值为截距做垂线，该垂线为天文船位圆的切线，使用通过截点的切 线代替天文船位圆，解决了测天定位的作图问题。参见《航海学》郭禹，张吉平，戴冉主编， 大连.大连海事大学出版社.2014. 8。
[0004] 高度差法是观测天体高度定位，需要同时能看到天体和水天线，白天观测太阳高 度定位，需要等待时机，太阳方位角有一定的变化量后进行移线定位；夜晚测星定位只能在 晨光昏影的一段时间，尤其是在满天繁星的整个夜晚，高度差法并不能进行测天定位。参见 《航海学》郭禹，张吉平，戴冉主编，大连.大连海事大学出版社.2014. 8。
[0005] 天体高度位置线是一条所有观测该天体高度都相等的球面曲线，我们称其为等高 度位置线，等高度位置线是以天体在地面投影为圆心通过测者位置的小圆。天体方位位置 线是一条所有观测该天体方位角都相等的球面曲线，我们称其为等方位角位置线，等方位 角位置线通过测者位置和天体在地面投影。一般来说天体投影距离测者位置太远而无法直 接在航行用海图上画出天体投影位置，并且一般我们无法直接在墨卡托海图上画出实际是 曲线的等方位角天体方位位置线，观测天体方位定位同样面临不能直接作图定位的问题。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，在此提出用假设经炜度法观测天体定位的方法。
[0007] 本发明所采用的技术方案是：在已知时刻观测已知天体的方位或者高度，用假设 推算船位附近的经度（或者炜度），通过解算天文三角形，计算得到对应的炜度（或者经 度），两次计算得到两个点，过这两点做连线，在墨卡托海图上一般得到一条恒向线，用这条 恒向线代替等方位角位置线或者等高度位置线作为观测位置线；同时观测天体方位和高度 联合定位，直接解算得到测者位置经炜度，已知测者位置和观测数据解算得到天体位置，已 知测者位置和天体位置解算得到观测数据。假设经炜度法观测天体方位定位原理如图1所 示，假设经炜度法观测天体高度定位原理如图2所示。
[0008] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：提出了假设经炜度法观测天体定位的方 法，解决了观测天体定位计算和作图的问题；同时观测天体方位和高度联合定位，可以直接 解算出测者位置经炜度；已知测者位置和观测天体方位和高度可以解算天体位置赤炜和格 林时角或者共辄赤经，已知测者位置和天体位置可以解算天体观测方位和高度。用假设经 炜度法观测天体定位，既可以观测天体方位也可以观测天体高度，在可以观测到天体的任 何时间，无论白天黑夜都可以测天定位。夜晚测星定位不再受晨光昏影的时间限制，在任何 时刻都可以观测多星方位定位；白天观测太阳方位和高度联合定位，可以直接解算出测者 位置经炜度，不再需要等待时机移线定位。
[0009] 高度差法只适用于观测天体高度定位。高度差法要用选择船位，即假设了经度和 炜度，解算天文三角形，得到计算高度和计算方位，其解算结果只有在计算高度等于观测真 高度时（截距为0)才是等高度位置线上的点，当计算高度不等于观测真高度时（截距不等 于〇)，为了得到观测位置线，需要在计算方位上移动观测真高度与计算高度差值（截距）的 距离，高度差法用等高度位置线上一点的切线作为观测高度位置线。 假设经炜度法计算得到的结果都是等方位角位置线或者等高度位置线上的点，假设经 炜度法用位置线上两点的连线作为观测位置线，即等方位角位置线或者等高度位置线的弦 线。高度差法可以看作是同时假设经度和炜度的假设经炜度法观测天体高度定位的一种特 例。
[0010] 本发明用假设经炜度法观测天体定位的方法同样也可应用于航空、航天定位和导 航、天文观测等领域。假设经炜度法的计算方法也可以适用于无线电测向定位、卫星定位及 导航、大地测量和地球测绘等领域。
[0011] 本文中使用地球圆球体模型，计算结果可以满足航海定位精度要求，如果需要更 高精度时，可以使用精确度更高的模型，例如使用地球椭球体模型代替地球圆球体模型，将 取得更精确的计算结果。
【附图说明】
[0012] 图1为：假设经炜度法观测天体方位定位原理图。
[0013] 图2为：假设经炜度法观测天体高度定位原理图。
[0014] 图3为：天文三角形中各边角关系图。
[0015] 图 4 为：1998 年 12 月 20 日 0900LT(0100GMT)观测太阳Sun，1800LT(1000GMT)观 测五车二Capella，墨卡托海图作业图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0017] 用假设经炜度法观测天体定位的方法，计算方法分别有假设经度法和假设炜度 法，观测天体分别有观测方位和观测高度的方法，为方便区别和记忆，在此特做如下命名： 假设经度法命名为"清林法"简称"L法"，假设炜度法命名为"春景法"简称"J法"，通 过观测方位计算得到的等方位角位置线及其弦线命名为"有容线"简称"容（Rong)线"，通 过观测高度计算得到的等高度位置线及其弦线命名为"海纳线"简称"纳（Na)线"。
[0018] 【具体实施方式】1，假设经度法观测天体方位定位（清林法得到有容线）：在已知的 时刻观测已知天体的真方位A，根据时间，可以得到天体赤炜Dec，天体格林时角GHA(或者 共辄赤经SHA和春分点格林时角GHAy)，假设经度1为Longl(清林法），可得地方时角LHA; 在天文三角形中，如图3所示：已知余距（90° -Dec)，方位角A和地方时角LHA三要素，可 以根据正弦公式求解顶距（90° -h):
可以解算得到余炜（90° -Lat)，得到计算炜度Latl; 再假设经度2为Long2,同样可以解算得到计算炜度Lat2 ; 过位置l(Latl，Longl)和位置2(Lat2，L〇ng2)做连线，在墨卡托海图上一般为恒向线， 即为一条观测天体方位位置线（有容线）。
[0019] 【具体实施方式】2,假设炜度法观测天体方位定位（春景法得到有容线）：在已知 的时刻观测已知天体的真方位A，根据时间，可以得到天体赤炜Dec，天体格林时角GHA(或 者共辄赤经SHA和春分点格林时角GHAy)，假设炜度1为Latl(春景法），可得余炜 (90° -Lat);在天文三角形中，如图3所示：已知余距（90° -Dec)，余炜（90° -Lat)和方 位角A三要素，可以根据正弦公式求解天体位置角X:
可以解算得到天体地方时角LHA，得到计算经度Longl; 再假设炜度2为Lat2,同样可以解算得到计算经度Long2 ; 过位置l(Latl，Longl)和位置2(Lat2，L〇ng2)做连线，在墨卡托海图上一般为恒向线， 即为一条观测天体方位位置线（有容线）。
[0020] 【具体实施方式】3,假设经度法观测天体高度定位（清林法得到海纳线）：在已知的 时刻观测已知天体的真高度h，根据时间，可以得到天体赤炜Dec，天体格林时角GHA(或者 共辄赤经SHA和春分点格林时角GHA)，假设经度1为Longl(清林法），可得地方时角LHA; 在天文三角形中，如图3所示：已知余距（90° -Dec)，顶距（90° -h)和地方时角LHA三要 素，可以根据正弦公式求解天体方位角A:
可以解算得到余炜（90° -Lat)，得到计算炜度Latl; 再假设经度2为Long2,同样可以解算得到计算炜度Lat2 ; 过位置l(Latl，Longl)和位置2(Lat2，L〇ng2)做连线，在墨卡托海图上一般为恒向线， 即为一条观测天体高度位置线（海纳线）。
[0021] 【具体实施方式】4,假设炜度法观测天体高度定位（春景法得到海纳线）：在已 知的时刻观测已知天体的真高度h，根据时间，可以得到天体赤炜Dec，天体格林时角 GHA(或者共辄赤经SHA和春分点格林时角GHA)，假设炜度1为Latl(春景法），可得余炜 (90° -Lat);在天文三角形中，如图3所示：已知余距（90° -Dec)，顶距（90° -h)和余炜 (90° -Lat)三要素，可以根据余弦公式变形来求解天体地方时角LHA:
可以解算得到天体地方时角LHA，得到计算经度Longl; 再假设炜度2为Lat2,同样可以解算得到计算经度Long2 ; 过位置l(Latl，Longl)和位置2(Lat2，L〇ng2)做连线，在墨卡托海图上一般为恒向线， 即为一条观测天体高度位置线（海纳线）。
[0022] 公式中数值符号换算及命名规则：上述天文三角形为欧拉球面三角形，公式中参 与计算值取值范围[0-180° ]; 1) 炜度Lat恒为正值+(无论北炜或者南炜），取值范围[N/S0-90° ]; 2) 经度Long参与求取地方时角LHA时，东经E取正值+，西经W取负值-，取值范围[E/ W0-180° ]； 3) 赤炜Dec与炜度Lat同名取正值+，异名取负值-，取值范围[N/S0-90° ]; 4) 格林时角GHA和共辄赤经SHA恒为正值+，取值范围[0-360° ]; 5) 观测真方位A取半圆方位，恒取正值+，取值范围[N/S//E/W0-180° ];圆周方位转 换为半圆方位规则：在北炜，0-180°用原值命名为NE，180° -360°用（360° -A)命名为 NW;在南炜，0-180° 用（180° -A)命名为SE，180° -360° 用（A-180。）命名为SW; 6) 解算得方位A为半圆方位，恒取正值+，取值范围[N/S//E/W0-180° ];第一名称与 炜度同名，第二名称与半圆地方时角同名； 7) 观测真高度h恒取正值+，取值范围[0-90° ]; 8) 解算得真高度h为正值+时，取值范围[0-90° ];解算得真高度可以为负值-，取值 范围[-90° -0]，此时天体在水天线下，航海上天体实际不可见； 9) 查取得地方时角LHA取半圆时角，恒取正值+，取值范围[E/W0-180° ];地方时角LHA等于格林时角GHA(或者共辄赤经SHA和春分点格林时角GHAy)与经度东加西减，LHA =GHA(or(GHAy+SHA))+LongE(or-LongW);圆周时角转换为半圆时角规则：小于180°时 为西向时角W取原值，大于180°时为东向时角E取（360° -LHA); 10) 解算得地方时角LHA为半圆时角，恒为正值+，取值范围[E/W0-180° ]，名称取 半圆方位第二名称E/W;半圆时角转换为圆周时角规则：西向时角W取原值，东向时角E取 (360°