集美大学航海学2教案：求天体真高度汇总

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。

第一节航海六分仪六分仪是从古代测角仪器不断发展而来的，它具有测量精度高、操作方便、结构简单、完全独立、重量轻等优点，故一个世纪以来一直作为航海天文定位的观测仪器。

图4－5－1一、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，如图4-5-1所示：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。

如图4-5-2：∠1＝∠2 ∠3=∠4∠HBA=∠3+∠4=2∠3 ∠OAB=2∠2根据“三角形外角等于不相邻的两个内角之和”定理，在ΔABO中h＝∠HBA－∠OAB=2∠3－2∠2=2(∠3－∠2)＝2ω(∠3为ΔABD的外角)由此可知，在海上从六分仪望远镜中看到天体S反射影像与水天线H相切时，天体高度h等于定镜和动镜夹角ω的二倍。

在六分仪的制造中，按动镜A实际转动角度的二倍在六分仪刻度弧上刻注度数，因此从刻度弧上可直接读出天体高度h的角度值。

图 4－5－23．六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。

(1) 主弧读数如图4-5-3所示，六分仪测角读数为：从刻度弧读取44︒，从鼓轮读取31'，从游标读取分的小数为0.'6，则读数为44︒31.'6。

图 4－5－3 图 4－5－4(2) 余弧仪测角读数余弧读数与主弧读数大体相同，由于机械构造上的原理，鼓轮倒转时从60'、50'、40'、30'……由大向小反向变化，指标臂向右移动。

因此，鼓轮倒转一周，指标臂向右移1︒。

所以，应用60'减去从鼓轮和游标上读取的分和分的小数，其差才为正确读数。

如图4-5-4，从鼓轮和游标读取的分数是25.'4，则正确读数为－(60'－25.'4)＝－34.'6。

二、航海六分仪的检查和校正六分仪的测角误差主要有六个：其中三个为永久性误差，其余为可校正误差。

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(centering error)：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(option error)：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(worm and rack error)：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，我们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．可校正误差准确的六分仪读数必须使六分仪保持下列状态：动镜和定镜与刻度弧平面要垂直；当指标臂指0°时，动镜和定镜要互相平行。

因此每次使用六分仪之前，均应依次按以下三步校正来满足上述两条要求。

(1) 垂直差又称动镜差(perpendicularity) 图 4－5－5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。

如图4-5-5，眼睛置于动镜后，如果从动镜中看到的反射刻度弧与直接看到的刻度弧成一连续的弧线时，表示没有垂直差，如图4-5-6(a)；如果不成一连续的弧线而高低错开时，如图4-5-6(b),表明存在动镜差，需要校正。

此时可用校正扳手慢慢转动动镜后面的校正螺丝，边看边转动校正扳手直到反射和实际弧像位于同一弧线上，从而消除垂直差。

图 4－5－6(2) 边差定镜差(side error)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°左右，六分仪保持垂直对准太阳(或星体)，慢慢地正，反转动鼓轮，仔细观察太阳（或星体）和其反射影像是否有左右分开现象。

如有，如图4－5－7(a)，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(图4－5－8)，使直接影像和反射影像左如图4－5－7(b)右不分开，直至完全重合为止，图 4－5－7(3) 指标差i(index error)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 。

即指标差i与读数m的符号相反，即：i＝0°－m （4－5－1）产生原因：当动镜和定镜平行时，指标臂不指0︒。

检查与校正：①利用水天线测定指标差指标臂放在0°，去掉滤光片，调好焦距。

对准水线方向转动鼓轮，使直射和反射水天线一高一低现象（图4－5－9(a)）严密相接成一直线，如图4－5－9(b)，此时六分仪读数为m，则i＝0︒－m 。

②利用星体测定指标差图 4－5－8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。

为了便于观测，星体高度也不宜过高。

测定方法与上述测水天线的方法相同。

图 4－5－9③利用太阳测定指标差由于测太阳影像较大，重合不易，所以一般采用实像、反射影像上下相切的方法。

指标臂放在0m因此，指标差i为:i ＝0（4－5－2） 用太阳测定指标差的优点是可以检查观测的质量。

如图4－5－10所示，下切读数m 2与上切读数m 1之差等于太阳视半径的四倍，由观测求出太阳视半径为： 图 4－5－10（4－5－3） 这样，测定的太阳视半径R 可与《航海天文历》中列出的当天太阳视半径值相比较。

如果两者一致，说明观测可靠，所测指标差也是可靠的。

如果两者相差超过0.'2，说明观测不可靠，故应重新测定指标差。

例4－5－1：1986年3月21日，用太阳测指标差，测得上切读数m 1=－34'.0, 下切读数m 2=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。

解：8.12)5.03()0.43(0'='+'--= i 结果与《航海天文历》所列当天太阳视半径相同，说明所测得的指标差可靠。

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，通过调整定镜后面接近架体的校正螺丝(图4－5－8)，使星体或水天线的直接影像和反射影像重合。

调整指标差后，定镜的垂直性被破坏。

因此，还得重新校正定镜的边差，再测定指标差，重复上述校正方法直至指标差小于6′为止。

一般情况下，只要校正一次即可满足要求。

3．六分仪视差y (parallax of sextant)对于一个无穷远的物标，光线是平行到达六分仪的动定两镜的。

当物像和反射影像重合时，动镜和定镜必然平行。

如果没有指标差，不但两镜平行，而且指标刻度也必然指在0°。

但如果所测物标较近，甚至在1 n mile 以内，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。

一般观测天体或水天线，不存在六分仪视差，只有被测物标与测者的距离小于1 n mile 时，才考虑六分仪的视差，此时应该用所测物标来测定指标差，这样测得的指标差中已包含了视差，但是，这种用近物标测定的指标差，是不能作为观测天体时六分仪的指标差的。

三、使用航海六分仪观测天体的方法1．六分仪使用和测天注意事项(1) 左手拿住六分仪的架体将六分仪从仪器盒中取出，然后右手握住手柄。

注意不应随意拿取六分仪的其它部位。

(2) 使用滤光镜时，应按次序一片片地转动，不允许抓住整个滤光镜组一起转动。

转动指标臂时，务必用左手指捏紧松紧夹，不允许转动指标臂时放松松紧夹，这样易将蜗杆螺钉与刻度弧齿槽打磨受损，产生误差。

(3) 使用望远镜之前应先调好焦距，使影像变得清晰。

进行观测时应两脚与肩等宽平行自然而立，不允许倚靠物体。

(4) 观测太阳应加适当滤光片，以防伤害眼睛。

当指标臂放在0°，观测太阳可见直射和反射两个影像，如果只见到一个太阳，原因可能是：动镜或定镜前的滤光片加得太厚，使反射或直射太阳影像被挡住。

动镜或定镜的镜面倾斜过大，造成反射太阳影像严重偏离，不能进入望远镜，此时应先检查校正六分仪。

如果看到二个以上太阳，可能原因是：滤光片间彼此不相平行。

滤光镜位置移动或镜片质量问题。

(5) 检查、校正六分仪动镜和定镜，测定指标差。

(6) 在船上要选择避风、避震、避烟、视野开阔的位置观测，一般在驾驶台两侧或罗经甲板，测天要迅速而准确。

水天线不清时，观测位置低些好。

风浪大时，水天线相呈锯齿形，观测位置高些好。

(7) 应注意识别真假水天线，当太阳下方有云层，海上有薄雾或临近两种不同颜色海水交汇的海面时，在天边往往呈现一条或几条阴影和水天线相混淆。

这时，可用双筒望远镜识别，所看到的最高，最远的一条水天线是真水天线。

(8) 保管和使用六分仪，应注意防潮、防震、防爆晒、防碰撞等。

2．太阳高度观测方法我们所要观测的天体高度应是天体中心与视地平(水天线)在该天体方位圈上所夹的一段弧距。

要测量这一段弧距，首先可见视地平(水天线)在望远镜视野中央的一点是在该方位圈上，其次六分仪的刻度弧平面是在水天线的铅垂线上。

如果上述两点没有完全满足，则所测高度将有误差。

由于太阳中心的位置很难确定，因此，在航海实践中，都是采用使太阳下边或上边和水天线相切的方法。

具体观测操作要领如下：指标臂放在 0°，加好滤光片，对准太阳保持垂直，左手捏紧指标杆的弹簧松紧夹，右手向下转动六分仪架体，转动期间保持太阳在视野中，接近水天线时，去掉定镜前滤光片或换淡色滤光片，以免看不见水天线。

轻轻摆动六分仪，可见太阳影像移动的弧线，同时要稍微改变面对方向使望远镜中心对准圆弧最低点，如图4－5－11。

然后，左手转动鼓轮，上午应将太阳下边与水天线重叠少许，下午则将太阳下边拉到水天线上方少许，最后，图 4－5－11等待相切。

观测过程可概括为：大摆找切线，小摆找切点，微摆等相切。

中天时，由于太阳方位变化很快，需要直接测出太阳高度。

当太阳下边与水天线相切时，即可得到观测瞬间太阳下边六分仪高度读数h ，并应记下相切时的准确世界时。

观测熟练后，可将望远镜直接对准水天线，移动指标臂来测太阳下边高度。

3．星体高度观测方法观测程序与观测太阳基本相同。