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计算机辅助天文船位算法与六分仪改进研究

作　者: 贾海红
导　师: 吴建华
学　校: 天津理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 计算机辅助天文定位六分仪改进
分类号: U666.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 38次
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内容摘要

天文定位是一门利用天体在海上进行定位的技术。计算机技术应用于天文航海,使古老的天文航海焕发出新的生命力。本文是将天文定位算法与计算机技术,传感器技术与六分仪改进相融合所形成的一个较新的研究方向。利用计算机的快速运算能力,实现时间换算、星历计算,定位计算的自动化,加快定位过程,提高定位精度,用数值法替代了传统的作图法;用球面三角法原理求船位,较传统高度差法优越得多,缩短了定位时间,提高了定位精度;将传感器技术与观测仪器六分仪结合,实现观测高度数字显示,方便读取;最终达到提高精度、缩短时间、方便测量的研究目的。本文基于天文定位的基本理论,根据天文定位计算的相关公式模型和所做的修正算法研究,建立了单天体定位的高度差法与中点精化校正、双天体的球面三角法定位与异顶差修正、三天体定位的反中线内心逼近法的数学模型。并经《国际航海天文历》原始数据验算,检验了所做的数学模型正确性和有效性。本文还介绍了航海六分仪的结构、测角原理及对其的改进。通过对六分仪改进,实现了单手操作;安装圆光栅及配套数显装置,加上卸荷式卡紧机构,实现快速读数;利用重锤重力确定零度的原理,避免了水天线不清晰对观测数据的影响。目前天文导航是导航最重要的备用系统。本文实现了对航海器械的改进,将光栅传感器与六分仪改进进行了融合,将计算机与天文计算进行了融合,使其优点能得到充分的利用,克服了现阶段航海定位对GPS依赖性强的局限性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 国内外较为成功的实例  10-11
    1.2.2 国内外关于计算机辅助确定天文船位的研究  11
    1.2.3 国内外关于六分仪的改进研究  11-12
    1.2.4 目前国内外研究所存在的问题  12
  1.3 现实意义  12-13
    1.3.1 计算机辅助天文船位算法研究的现实意义  12
    1.3.2 航海六分仪改进的现实意义  12-13
  1.4 本文的研究内容和组织  13-15
第二章天文定位的基本理论及原理  15-29
  2.1 天文定位的基本理论  15-16
    2.1.1 天文三角形  15-16
    2.1.2 计算高度和计算方位  16
  2.2 时间计算的数学模型  16-17
    2.2.1 时间引数  16
    2.2.2 航海时间的换算关系  16-17
  2.3 星历计算  17-21
    2.3.1 太阳视位置数学模型  17-19
    2.3.2 恒星视位置数学模型  19-20
    2.3.3 航用行星视位置数学模型  20
    2.3.4 月球视位置数学模型  20-21
  2.4 修正观测数据  21-22
    2.4.1 修正方法  21-22
    2.4.2 程序实现  22
  2.5 计算机辅助实现船时计算  22-26
  2.6 编程思路  26-28
  2.7 本章小结  28-29
第三章单天体定位算法研究及精度分析  29-36
  3.1 太阳移线定位原理  29-31
  3.2 程序框图  31
  3.3 误差分析及修正方法  31-33
    3.3.1 误差分析及修正方法  31-32
    3.3.2 订正高度至同一纬度  32
    3.3.3 订正高度至同一天顶  32
    3.3.4 中点精化  32-33
  3.4 模型验证  33-35
  3.5 本章小结  35-36
第四章双天体定位算法研究及精度分析  36-43
  4.1 球面三角法定位原理  36-37
  4.2 数学模型  37-38
  4.3 程序框图  38
  4.4 误差及修正方法  38-39
    4.4.1 误差及修正方法  38
    4.4.2 修正异顶差  38-39
  4.5 模型验证  39-42
    4.5.1 北纬测者  39-40
    4.5.2 南纬测者  40-41
    4.5.3 访问数据库实现双天体定位  41-42
  4.6 本章小结  42-43
第五章三天体定位算法研究及精度分析  43-56
  5.1 三天体定位的基本理论  43
  5.2 误差分析  43-46
  5.3 定位原理及修正方法  46-50
    5.3.1 反中线法校正原理及实现  47-49
    5.3.2 内心逼近法校正原理及实现  49-50
  5.4 程序框图  50
  5.5 模型验证  50-55
  5.6 本章小结  55-56
第六章六分仪改进研究  56-63
  6.1 航海六分仪  56-57
  6.2 航海六分仪的结构及测角原理  57-58
    6.2.1 航海六分仪的结构  57
    6.2.2 航海六分仪的测角原理  57-58
  6.3 角位移传感器的选择  58-60
  6.4 六分仪的该进方案  60-62
    6.4.1 单手操作式六分仪的测角原理  60-61
    6.4.2 卸荷式卡紧结构  61-62
  6.5 本章小结  62-63
第七章结论  63-64
参考文献  64-67
发表论文和科研情况说明  67-68
致谢  68-69
附录  69-72

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