【毕业学位论文】（Word原稿）天测罗经差-航海学

毕 业 论 文 - 1 - 天测罗经差 - 2 - 内容摘要 罗经是船舶向位测定仪器，罗经存在误差将直接影响到船舶航向航计汇算以及定位的准确性。根据 5 公约，天测罗经差是海上驾驶员必须掌握的重要知识。所以本文着重阐述了如何利用天体测定罗经差。 对于驾驶员来说不仅应该熟练 掌握天测罗经差的方法，还应知道罗经差产生的原因及纠正方法，以提高罗经在指向时的精确性。本文结合本船实际以低高度太阳和恒星测定罗经差为实例，着重分析 低高度太阳和恒星测定罗经差为原理 误差以及相注意事项。以及 测体会以期提高罗经为准确性，及测定罗经差误差的精度。 关键字：天测罗经差 原理 误差 体会 is a of on s s is in s of to in 8/95 So of to of s u s of or To We s in to to - 3 - 目 录 0 引言 ： 4 1 天测罗经差原理 4 2 天测罗经差原理误差分析及注意事项 4 2 1 用推算船位求得真方位 4 2 2 由于罗经面的倾斜而引起观测天体罗方位的误差 B （简称倾斜误差） 5 2 3 观测注意事项 6 3观测低高度太阳求罗经差 6 3 1 太阳方位表的用途和结构 6 3 2 利用太阳方位表求罗经差的步骤 6 3 3 实测举例 7 3 4 实测体会及注意事项 7 3 5 利用低高度太阳求罗经差优点 8 4利用北极星求罗经差 8 4 1 利用北极星求罗经差原理 8 4 2 观测北极星方位求罗经差的步骤 8 4 3 实测举例 8 4 4 体会及实测注意事项 9 5观测太阳真出没方位求罗经差 9 5 1 观测太阳真出没方位求罗经差原理 9 5 2 利用航海天文历和函数计算器求太阳真出没计算方位 罗经差 9 5 3 实 测举 例 . 9 5 4 注意事项及实测体会 10 6结束语 10 7参考文献 10 - 4 - 育龙轮天测罗经差 0 引言 罗经是船舶主要导航仪器之一，罗经的工作是否稳定，其指向误差大小直接关系到船舶的安全。因此，船舶在航行中，要求航海人员利用一切机会来测定罗经差，以来核查罗经工作是否是否正常，并对航向和方位作出必要的纠正。目前测 定罗经差主要有以下三中方法： 1）利用叠标 2）利用远距离物标 3）利用天体测定。当船舶近岸航行时，可以利用专用的叠标或灵敏度较高的的自然标来测定罗经差，然而当船舶航行在广阔的海面上时，则只能利用天体来测定罗经差。 罗经是船上指示方向的航海仪器，罗经差分为陀螺罗经差和磁罗经差。陀螺罗经差是陀螺北偏离真北的角度，当陀螺北偏在真北的右面时为正，当陀螺北偏在真北左 面 时为负。磁罗经 是罗北偏离 真北的角度。当 罗北偏在真东面时为正，偏在真北西面时为负。所以有G = C=在利用天体求陀螺罗经差中是利用天体方位代替 天体方位为真方位代替 出 G 或 C，但由于观测时真实船位未知，所以无法求出天体的真方位。在海上是以推算船位为基础求得天体的计算方位 代替天体真方位 。这样观测天体求陀螺罗经差的计算公式为 : C= G=GB 1）（由四联公式 切内边正 弦乘积等于外角内角正弦乘积(图 1) 加 上内 边内角 余弦 之积， a=90 b=90 A=c=解算天文三角形 得 式（ 1） 。 如图（ 1）。 2. 天测罗经差原理误差分析及注意事项 由于天测罗经差的公式 为 )( 可知，为求得较准确的罗经差，应尽量减少 B 的误差，因此观测天体时求罗经差应该注意以下几个方： 推算船位求得真方位 替天体真方位所产生的方位误差A 。 在观测天体求罗经差中，天体真方位是由推算船位求得为天体计算方位 代替的，而在观测时测者的 推算船位与当时的真实船位误差为（ 、 ）将会使计算方位产 - 5 - 一个方位误差 A ，因此 ）变量和为公式（ 1）经整理得到 A 、 和 的关系式为： A= （ 2） 从（ 2） 式 可见，当推算船位为误差 、 一定时，用推算船位求得的计算方位 A 的大小主要取决于公式中的 为式中 数的最大值为 1），即取决于被测天体高度 H 的高 或 低，还可以看出 A 与被测天体的方位 A 和赤纬 此得一下结论： （ 1）被测天体高度越低，由 、 引起的误差 A 越小； （ 2）当被测天体的方位 A 趋近 0 ，赤纬 近 90 时，由 、 引起的误差 A越趋近于零。 在实际观测中，推算船位与真实船位的误差是不可避免的，因此，用推算船位求计算方位 代替天体真方位引起的误差也是不可避免的。但是观测低高度太阳的方位可以减少误差 A 。另外，因为北极星的赤纬接近 90 ，方位也趋 近 0 ，从而观测北极星求的的方位其真方位的误差 A 接近于 0 。 于罗经面的倾斜而引起观测天体罗方位的误差 B （简称倾斜误差） 利用罗经观测天体的罗方位时，应尽量保持罗经面的水平，否则测得罗方位产 生一个误差，简称倾斜误差 B 。当罗经面的倾斜方向与天体方位垂直时，该 误差最大，即测者面对天体，罗 图（ 2） 经面左右倾斜时产生的误差最大，如图 (2)。当罗经面水平时，对 应的天顶为 Z，真地平为 弧 体 高度为 h， 方位为 罗经面倾斜角 时，对应的天顶为 真地平为 弧 天体高度为 h ，方位为 然 1 . 即罗经面倾斜角 后，测得天体 含有倾斜误差 B ，在球面三角形 球面三角形的正弦公式 得： B /由于 ， B 均为小角度，所以有 h 约等 h ,代入 上式整理得： B= 表（ 1）可见： （ 1） 当倾斜角 一定时，测天体高度 斜误差 B 越小； （ 2）当被测天体高度 斜角越小，倾斜误差越小。 - 6 - 2 3 观测注意事项 对于出没且在地平线上经过东西圈的天体（ 90 Q 且同名），当天体介于出没与东西圈之间时，其方位变化缓慢，因此这时是观测天体罗方位的良好时机。综上所述观测天体的罗经差时应注意一下几点： 1） 应观测低高度天体的罗方位 ，其高度应低于 30 ，最好低于 15 ； 2） 观测时应尽量保持罗经面水平。 3） 为避免粗差和减小随机误差的影响，一般应连续观测三次，取平均值 为对应于平均时间的罗方位，罗经读数读至 ，观测时间精确到 1 4） 观测时应观测天体中心。 3 观测低高度太阳求罗经差 3 太阳方位表是在消 除和测定罗经自差时用 来查得太阳真方位的专用表册，我国商船用 表按纬度分为上下两册： 太阳方位表（上册）纬度 0 30 ， 赤纬 0 24 太阳方位表（下册）纬度 13064 ， 赤纬 0 24 目前使用的太阳方位表有中版和英版两种版本，两种版本的格式相同，使用方法完全一致，现以中版为例说明其结构。 表的前半部分为“纬度与赤纬同名”，后半部分为“纬度与赤纬异名”。 表的引数是纬度 、赤纬和视时三者组成，从表中查得太阳真方位。纬度列 于表的每页左右上角间隔 1 ，赤纬载于页上端 从 0 24 ，由左向右排列，间隔为 1 。视时列于每页表的两侧，上午列左 侧，下午列右侧，间隔为 4 右“同名”表中的中天前后一小时则每隔 2一方位值）。 3 2 利用太阳方位表求罗经差的步骤 (1)观测太阳罗方位，同时记下观测时间。 (2)根据观测日期从太阳方位表和时差表中查得太阳赤纬 时差 (3)求观测时的视时 T=+D +上式求得视时 要换算成上午（ 时或下午（ 时可查表，即 - 7 - (4) 求计算方位 于 实际的 、 可能正好与表列 T 、 一致，所以根据 T 、 得表列方位 基础上，还要进行三项比例内插，才能求得计算方位 ： 60/)(/)()(60/)1()()1( e TD e 半圆方位，第一名称与测者纬度同名，第二名称上午观测为 E，下午观测为 W。 (5) 求罗经差：将 算成圆周方位之后可求得罗经差 。 3 2007 年 4 月 2 日， 育龙轮 航行于泰国湾附近，航行 209，航速 13 节， 船时 754时观测 ，推算船位 （ N ） E， 测得低高度太阳罗经方位 274 ，求 我轮 罗经差 C 。 解：（ 1） 根据观测日期从太阳方位表和“时差表”中，以观测年份和时期为查表引数查取太阳赤纬 时差 (m) （ 2） 求视时 本船所在经 度 时区中央经线经度 = 时差 17H 54M D 4M 17H 34M 2/4 5H 34M 2/4 （ 3） 求计算方位和罗经差：由于测者 34 以利用 太阳 方位表第一册 - 8 - A B 274 C 测体会及注意事项 （ 1） 在消除和测定自差前，必须把所用的船钟或手表与天文钟对比，在观测太阳方位后，应立即记下船时，由于计算罗经自差所用的真方位通常只精确到 以船时精确到 秒 就够了（当罗经变化慢时，也可以只精确到 分 ）。 （ 2） 每次日观测， 可连续观测 35 个方位，取其平均值，以提高观测质量。如果只能测 一次， 尤需足够准确，如发现观测结果有疑问，应当重测。 （ 3） 应尽可能选择太阳低高度低于 30 观测为宜 。 （ 4） 消 除测定自查前，应量取测定海区的中间纬度，算出当地磁差已经确定观测时间，并以该时间为中间时刻，为计算基准。 （ 5） 利用太阳方位表消除和测定罗经自差一般应选择在低高度小于 30 时观测为宜 ，为了便于测者预先选择用利的观测时机，在表中划有高度为 30 的梯形临界线，临界线上面的数值表示太阳高度大于 30的方位值，临界线下面的数值表示太阳高度小于 30 的方位值。 （ 6） 观测时应保持方位值 圈 的气泡位于中间位置，同时要观测太阳的中心方位。 （ 7） 观测太阳时不可用方位线 直接测量，因为此时阳光仍比较强，长时间观测易使视觉模糊且 观测数据不准确。 （ 8） 在航行中测量时还应注意由于船舶来回摇晃， 注意水平气泡位于中间位置 的同时测量天体中心 。 （ 10）注意查表时分为上午还是下午，赤纬与纬度是否同名，表中所列的太阳真方位要用天文算法，其中 一名称与纬度同名称，第二名称与应用时上午取 E，下午取 W。测者在北半球，上午太阳真方位为 午 用低高度太阳求罗经差优点 （ 1） 太阳低高度时，方位 易观测，准确性较高； （ 2） 太阳低高度时，方位变化慢，观测所取时间的误差影响较小。 （ 3） 用太阳低高度时，用推算船位求真方位，推算船位的误 差影响较小。 4. 利用北极星求罗经差 用北极星求罗经差原理 如图 （ 3） 所示是东半球天球图， B 为某一时刻北极星的位置，在球面三角形 ，有正弦公式得： - 9 - 由于 p(小于 1)和 是小角 度，而且北极星高度 h ，则上式改写成： 。 (式 3) 已知 p=90 取 代入式（ 3） 图 3 求出 利用 C=的罗经差。 测北极星方位求罗经差的步骤 （ 1） 由于北极星是二等星，较不易观测，应尽可能连续观 。 测取算术平均值。在观测北极星罗方位 同时记下观测时间和推算船位 。 （ 2） 根据观测时间，利用航海天文历求出 = 。 （ 3） 以c和 引数从“北极星方位表”中查得北极星半圆计算方位，不必内插，从“北极星方位表”中直接查得北极星圆周方位。 （ 4） 求罗经差 C=测举例 2007 年 4 月 3 日， 育龙轮航行于泰国湾附近，航向 210，航速 ， 船时 00h 35m 51s ，推算船位c12 3 N E。 测得北极星罗方位 求罗经差 C 。 0035 3/4 0700 _ 1735 2/4 085 m s 8 094 26.1 c101 195 359 36 以 Q=12 查得 B ） 1 +360 _ C 会及实测注意事项 （ 1） 由于北极星是二等星，较不易观测，应尽可能多观测几次求取平均值。 - 10 - （ 2） 北极星方位的表列在行用中版航海天文历中，查表引数为春分点地方时角 者推算纬度 c ，查得北极星半圆计算方位 用内插）。 （ 3） 在用北极 星方位得表左列 得 名称为 表右列 得的 E。即第一名称与测者纬度同名，第二名称与半圆地方时角同名。 （ 4） 在利用 周时角时，当 取 80）时，（左列引数） 值为 0180，则 取（ 80） 列引数）， 值为 180360，则 版航海天文历的北极星方位表直接给出圆周方位。 （ 5） 在测量北极星方位时，需要在较晴朗的天气情况下测定，否则在使用星体反射镜时，十分不易看清该星体。 （ 6） 在夜间测量北极星方位时，同时也要注意气泡的水平。因为夜间测量光线较弱，且要认真观测北极星。同时保持气泡水平不易作好，所以要认真熟练练习。 5. 观测太阳真出没方位求罗经差 5 1 观测太阳真出没方位求罗经差 原理 当太阳真出没时， 如图（ 4） 起真高度 h=0，此时的天文三角形如图所示。该三角形为球面直边三角形，由球面直边三角形公式得： 4） 从式 （ 4） 中可知，只要知道推算纬度c和太阳赤纬 图（ 4） 即可求得真出没时的计算方位 用航海天文历和函数计算器求太阳真出没计算方位 罗经差 根据式： 利用航 海天文历和函数计算器求得观测日世界时 12h（或观测时 则为世界时）的太阳赤纬 赤纬和观测时测者纬度c代入式 即可用 函数计算器求出计算方位 算成圆周方位之后可求得罗经差 。 测举例 2007 年 4 月 4 日， 育龙轮航向 210，航速 ， 推算船位 13 N 102 34 得太阳真没方