六分仪原理

第五章求天体真高度由天文航海定位原理已知，利用天体来测定船位，必须得到天文船位圆的半径，也就是天体的真顶距，航海上常通过天体高度来得到这项船位圆要素。六分仪就是用来观测天体高度的测角仪器。掌握观测天体高度的方法和改正观测高度求真高度就是本章要解决的问题。第一节航海六分仪一、航海六分仪及其测角原理1．六分仪的结构六分仪(sextant)的构件和名称2．测角原理六分仪的测角原理基于平面镜反射定理即：光线的入射角等于反射角光线连续经过两个平面镜反射，光线入射方向与最后反射出方向的夹角，等于两镜夹角的二倍。1=2透明镜反射镜水天线刻度弧动镜望远镜定镜S3=4HBA=3+4=23OAB=22h=HBA-OAB=23-22=2(3-2)AOBH=2天体高度是动定两镜平面夹角的二倍。3．六分仪测角读数的读取法在六分仪的刻度弧上，从0°向左到140°一段弧长叫主弧，读数为正（＋）；从0°向右到5°一小段弧长叫余弧，读数为负（－）。六分仪测角读数分别可由刻度弧、鼓轮和游标三个部分相加读出。h＝51°21´.6(2)余弧仪测角读数余弧读数=-(60-从鼓轮和游标上读取的分和分的小数)=-(1°+(60－45.8))=-1°14.2二、航海六分仪的检查和校正1．永久性误差永久性误差是由于制造工艺的缺陷而引起的系统误差。(1)偏心差(centeringerror)：指标臂的转轴中心与刻度弧的中心不重合所引起的误差。(2)棱性差(optionerror)：动镜、定镜及滤光片前后镜表面互相不平行，各镜表面不平而引起的偏差。(3)刻度差(wormandrackerror)：刻度弧、鼓轮和游标的分划刻度不准所致。这三项系统误差统称为六分仪器差S，出厂前已测定好，可以从六分仪箱盖内的六分仪鉴定书中，以测角为引数查取，供观测高度后的修正。2．可校正误差(1)垂直差又称动镜差(perpendicularity)产生原因：动镜镜面不垂直于刻度弧平面。检查与校正：将指标臂移至35°左右，左手平握六分仪，刻度弧朝外。(2)边差定镜差(sideerror)产生原因：定镜镜面不垂直于刻度弧平面。检查与校正：加适当滤光片，将指标臂放在0°，六分仪保持垂直对准太阳(或星体)，观察太阳（或星体）和其反射影像是否有左右分开现象。如有说明存在边差。可用校正扳手调整定镜后远离架体的校正螺丝。直到天体的直射影像与反射影像重合为止。(3)指标差i(indexerror)定义：刻度弧上的0°与动、定两镜平行时的六分仪读数m之差称为指标差i。i＝0°－m产生原因：当动镜和定镜平行时，指标臂不指0。①利用水天线测定指标差指标臂放在0°，直射和反射水天线上下错开，则存在指标差i。转动鼓轮，使直射和反射水天线严密相接成一直线，此时六分仪读数为m，则i＝0－m。转动鼓轮，使直射和反射水天线严密相接成一直线，此时六分仪读数为m，则i＝0－m。②利用星体测定指标差观测星体高度时，可利用星体测定指标差。所选用的星体不宜太亮，这样能重合得准。③利用太阳测定指标差指标臂放在0°，选好滤光片对准太阳，上切一次，其读数为m1，下切一次，其读数为m2，2mmm21i=0°-m用太阳测定指标差可以检查观测的质量。太阳观测视半径为：m0m1m24mmR12|太阳当天视半径R－太阳观测视半径R|≤0´.2上切读数m1下切读数m2|R-R|≤0’.2是否i=o°-m例4－5－1：1986年3月21日，用太阳测指标差，测得上切读数m1=－34.0,下切读数m2=30.5；由《航海天文历》查得当天的太阳视半径为16.1，求指标差i，并检查指标差的观测质量。R=(30.5＋34.0)/4=16.0i=0°－(－34.0+30.5)/2=1°.75当指标差i超过6′时，就应缩小它。方法是：将指标臂置于000.0处，调整定镜后面接近架体的校正螺丝。使星体或水天线的直接影像和反射影像重合。重新校正定镜的边差，再测定指标差，校正六分仪的步骤：动镜垂直差定镜边差测定指标差否是i6/缩小指标差记下指标差利用远物标校正航海六分仪！物标到测者的距离大于1海里。否则会产生视差如果所测物标较近，由于光线到达六分仪的两镜是不平行的，其间存在一个夹角y，称为六分仪视差角y。当物标无穷远时，视差为零，物标越近，视差越大。三使用航海六分仪观测天体的方法大摆找切线小摆找切点微摆等相切第二节求天体真高度天体观测高度ho=hs+（i+s）一、影响观测高度的因素1．蒙气差(refraction)天体视方向与天体真方向的夹角称为蒙气差或折光差。ρh'h'tHAZBB'ht´=h´-ρ蒙气差订正值恒为“－”。经验公式为：平均蒙气差经验公式为：ρ0＝1.00145ctgh－0.00111ctg3h天体越高，蒙气差越小。为了使求得的平均蒙气差来代替实际蒙气差而不产生较大误差：通常要避免观测高度小于15°的天体。最好观测高度大于30°的天体。2．眼高差d(dip)测者视地平与真地平之间的夹角称为眼高差或海地平俯角。眼高差订正恒为“－”ρh〃h'tBB'dhoMFHAZe眼高差计算公式为：用它来代替实际观测时的眼高差将会产生一定的误差，该误差属未定系统误差。实际眼高差与表列眼高差不一致，是引起天文船位线和天文船位系统误差的主要原因之一。)m(e765.1d3．视差(parallax)天体地心真高度与地面真高度之差称为天体视差p。视差恒为“+”ht=ht´+pORAZB´BDDhtht´Sinp=sinp0cosht´p=p0cosht´天体距离越远，视差越小;天体越高，视差越小;恒星、木星、土星p＝0。)h90sin(DpsinR't'tcoshDRpsinp0p4．半径差SD(semi-diameter)天体中心高度与所测下边(或上边)高度之差称为半径差SD。半径差的订正值有“±”。HMZhhh中心高度h＝上边高度h－半径差SD＝下边高度h＋半径差SD天体的视半径（半径差）是随天体和地球之间距离而变化。如当地球最靠近太阳时，SD最大为16´.3(12月～1月)；最远时，SD最小为15´.8(6月～7月)，平均视半径为16´.0。航海天文历中天体位置表的太阳栏内，列有三天一值的太阳视半径，可根据日期查取。二、天体观测高度的改正1．天体高度逐项改正h＝hs＋（i+s）－d－ρ＋p±SD2．求太阳真高度ht⊙＝⊙sh＋（i+s）－d－ρ＋p＋SDht⊙＝sh＋（i+s）－d－ρ＋p－SD在英版《航海天文历》首页左边的观测高度修正表，是将几项组合起来，编成太阳高度改正表。⊙th＝⊙sh＋（i+s）－d－ρ＋p0cosht＋SD＝⊙sh＋（i+s）＋（－d）＋（－ρ＋p0cosht＋SD）＝⊙sh＋（i+s）＋《眼高差表》＋《太阳下边改正表》＝⊙sh＋（i+s）＋d＋c(1)眼高差表d：以测者眼高e(m或ft)查取眼高差。(2)太阳改正表c：查表引数为观测日期段和太阳下边或上边观测高度，分别查取太阳下边或太阳上边的高度改正，查表时需作简单内插。例4－5－21996年4月26日，测得太阳下边六分仪高度读数3205.4，指标差和器差为－1.2，测者眼高e为8m，求太阳真高度。hs3205.4i+s-1.2d-5.0__________________h3159.2c+14.5__________________ht3213.73．求星体真高度(1)求恒星、土星和木星真高度ht﹡＝hs﹡＋（i+s）－d－ρ＝hs﹡＋（i+s）＋（－d）＋（－ρ）＝hs﹡＋（i+s）＋《眼高差表》＋《星体高度改正表》＝hs﹡＋（i+s）＋d＋c眼高差表：共用。星体高度改正c：平均蒙气差表，查表引数观测高度。例4-5-31996年7月6日，测得织女一高度读数1726.4，指标差和器差为-1.8，测者眼高e为21m，求织女一真高度。hs1726.4i+s-1.8d-8.1____________________h1716.5c-3.1____________________ht1713.4(2)求金星、火星真高度ht♀♂＝hs♀♂＋（i+s）-d-ρ＋pcosh＝hs♀♂＋（i+s）＋（-d）＋（-ρ）＋（pcosh）＝hs♀♂＋（i+s）＋《眼高差表》＋《星体高度改正表》＋《行星补充改正表》＝hs♀♂＋（i+s）＋d＋c＋c眼高差表：共用。星体高度改正c：共用。行星高度补充改正c:查表引数是观测日期和地面观测高度h。例4-5-51996年1月2日，测得金星高度六分仪读数2518.8，指标差和器差为-0.8，测者眼高e为14m，求金星真高度。hs♀2518.8i+s-0.8d-6.6____________________h2511.4c-2.1c0.1____________________ht♀2509.4