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大航海时代的GPS(下)【六分仪的定位方式】

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发表于 2019-11-19 15:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 海尚帆友俱乐部 于 2019-11-19 15:10 编辑

      六分仪所基于的原理很简单:光线的入射角等于反射角;而在汪洋大海中,使用六分仪测量经纬度进行定位的前提条件则是必须要知晓当前时间,下面就让我们一起来了解六分仪的正确定位方式。

纬度测量
先用六分仪测量出某天体(一般用太阳)上中天时的地平高度
TIP
上中天
子时就是23点到1点这段时间,也就是夜间12点左右,这时候,月亮正好在人的头顶上。
微信图片_20191119150535.jpg 微信图片_20191119150636.jpg
再查阅天文年历了解当天该天体的赤道坐标


只需代入公式:
cosz=sinφsinδ+cosφ cosδ cost  
就可以得出该地的纬度φ.式中z是天体天顶距(90度减去地平高度),δ是天体的赤纬,t是时角,可以由地方恒星时与天体赤经相减得出,恒星时也可以通过简单计算得到

恒星日的计算
微信图片_20191119150646.png
恒星日与太阳日。附图左:一颗遥远的恒星(小红圆)和太阳中天,在当地的子午线上。中间:只有遥远的恒星中天(一个平恒星日)。右:几分钟之后太阳才中天完成一个太阳日
由此可见恒星日为23h56'04'';太阳日为24h
如果是由太阳位置计算地理纬度
更简便的算法是
δ = z + φ
当然,更精确的结果还需要扣除六分仪所产生的某些误差后才能得出。
微信图片_20191119150723.jpg


01
永久性误差

1偏心差:
指标臂的转轴中心与刻度弧的中心不重合
2棱性差:
动镜、定镜及滤光片前后镜表面互相不平行
3刻度差:
刻度弧、鼓轮和游标的分划刻度不准所致

02 可校正误差

1 垂直差(动镜差):
产生原因是动镜平面不垂直与刻度弧平面
校正方式:
将指标臂移至35 左右,右手平握六分仪,刻度弧朝外,眼睛位于动镜后面,从动镜中看到的反射刻度弧与实际的在同一弧线上,则无垂直差,如不在同一弧线上则调整动镜后面的校正螺丝,直到消除垂直差
2 边差(定镜差):
产生原因是定镜镜面不垂直与刻度弧平面
校正方式:
加适当滤光片,将指标臂放在0 左右,六分仪垂直对准太阳或星体,慢慢正反转动鼓轮,观察太阳或星体是否有左右分开的现象,有说明存在边差,调整定镜后远离架体的校正螺丝,至影像完全重合。若只看到一个太阳原因可能是动镜或定镜前的滤光片加的太厚,使反射或直射影象被挡住;若看到两个以上的太阳原因可能是滤光片间彼此不平行,滤光片位置移动或镜片质量问题。

经度测量
       至于经度的测量,可以通过比较太阳上中天时地方时与出发地的时间之差得出。

其它须知
一、其它环境误差
      当然六分仪在进行定位时也有它自身不足之处,六分仪最大的缺点是受天气的影响较大,不能在阴雨天使用。而制造过程中会无可避免地引入机械误差,这也成了限制六分仪精度的一个因素。有一定经验的观测者在正常条件下白天单一观测的均方误差为±0.7′~±1.0′。增加观测次数取平均值,则其均方误差降为单一观测值的,n为次数,一般取3、5、7次.天体高度最好为15°~65°。

二、其它用途
       此外,六分仪也可在沿岸航行时用于观测两个地面物标之间水平夹角,用以在海图上定位。历史上,六分仪除了在航海方面发挥了重大作用外,还曾帮助天文学家编制高精度星表。
微信图片_20191119150729.jpg
       而星表的编制也促进了航海的发展,同时还给地理坐标的测量带来了重大进步.另外还有航空用六分仪。
微信图片_20191119150733.jpg
       结构与航海用六分仪基本相同,但望远镜视野中的地平线由水准线代替。

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