Способ определения астрономических координат астролябией

 

Способ определения астрономических координат, включающий регистрацию моментов времени наблюдения изображения звезды, при этом наблюдения выполняют при отклонении расчетного зенитного расстояния Zpi звезды от эталонного Zэ, не превышающем половины угла поля зрения, измеряют в поле зрения временное угловое отстояние двух изображений звезды Уi на фиксированные моменты времени, выполняют указанные операции для четырех и более звезд при разных азимутах Аi и определяют астрономические координаты как суммы исходных координат o,o и поправок к ним и , причем последние определяются из рeшения системы уравнений где i 4; m, Z- соответственно входящие в число неизвестных масштаб изображения и систематическая ошибка.

Изобретение относится к астрономогеодезическим измерениям и может быть использовано для определения уклонений отвесной линии, уточнения параметров вращения Земли и для решения других геодезических задач, опирающихся на знание астрономических координат.

Под астрономическими координатами , обычно понимают координаты места, полученные по измерениям углов между направлениями на опорные небесные светила и направлением силы тяжести в данном месте. Если независимо и более точно определены "геодезические координаты" на поверхности относимости, например, с помощью спутниковой навигационной системы, что эквивалентно измерению углов на светила относительно нормали к поверхности относимости, то простое сравнение астрономических и геодезических координат позволяет определить обе составляющие уклонения отвесной линии в данном месте Земли. Если уклонения определены, а время измерений и астрономические координаты места (их начальные истинные значения) известны, то измерение астрономических координат астролябией позволяет определять положение земной оси и неравномерность ее вращения.

Помимо научного значения возможность определения уклонений отвесной линии по астрономическим координатам имеет большое прикладное значение для навигации и баллистики, т.е. для решения оборонных задач.

Аналогами предлагаемого способа являются метод Сомнера определения астрономических координат по изменению высот двух светил (Курс кораблевождения. М. : ГУНИО МО СССР, 1965, т. 5), методы Цингера и Певцова определения широты и времени астролябией (Закатов П. С. Курс высшей геодезии. - М.: Недра, 1976, с.445). Ближайшим прототипом является способ равных высот А.В. Мазаева, тоже использующий астролябию (там же).

В прототипе измерения выполняются на строго фиксированной высоте - фиксируются моменты времени совпадения двух изображений звезды в астролябии, причем минимум для трех звезд.

Недостатки такого способа заключаются, во-первых, в низком темпе измерений - необходимости ждать момента совпадения изображений, во-вторых, в практической непригодности способа для высоких широт, где пересечения изображений звезды и фиксированного призмой альмукантарата (фиксированной высоты) может и вовсе не происходить, либо зафиксировать этот момент лишь грубо ввиду перемещений звезд под малыми углами к альмукантарату.

Чтобы существенно повысить темп измерений, а следовательно, повысить и точность определения координат за счет использования большого числа звезд за отведенное время, и чтобы одновременно достигнуть второй цели - обеспечить возможность определения астрономических координат астролябией в высоких широтах, т.е. чтобы избежать обоих недостатков прототипа, предлагается не ждать момента совпадения двух изображений одной и той же звезды в астролябии, а измерить угловое отстояние этих изображений Yi (i- - номер звезды) в поле зрения астролябии и одновременно фиксировать момент времени ti этого измерений. В распоряжении авторов имеется прецизионная телевизионная аппаратура собственной разработки, позволяющая с помощью эталонной маски автоматически измерять в поле зрения до 0,5o отстояние изображений двух точечных объектов с погрешностью около 1 угловой секунды. Среднение значений Yi на интервале 5-10 с позволяет еще более снизить указанное значение погрешности. Однако измерения в поле зрения, даже идеально точные, неизбежно сопряжены с ошибками из-за нелинейности самого поля зрения, а также из-за нелинейности телевизионного растра между опорными точками эталонной маски. При малом угле поля зрения - до 0,5-1o - можно аппроксимировать с ошибкой менее 0,1 угловой секунды эти нелинейности членом первого порядка, т.е. считать неизвестным заранее или медленно изменяющимся от суток к суткам (а для телевизионной системы - от включения к включению) масштаб измерений m в поле зрения. Таким образом, помимо искомых координат , и обычно определяемой систематической ошибки астролябии Z предлагается дополнительно на основе избыточных измерений определять (учитывать) неизвестный масштаб m. Оба предложения - измерение взаимного отстояния двух изображений звезды в поле зрения астролябии с фиксацией моментов измерений и учет в качестве дополнительного неизвестного масштаба поля зрения - требует новых формул для вычисления астрономических координат. В частности, измерения должны выполняться не менее чем по четырем звездам на существенно разных азимутах, так как в отличие от прототипа неизвестных величин уже не 3, а 4: , , Z, m. . Приведены новые формулы. Будем считать, что измерения отстояний Yi для i-ой звезды выполнены в момент времени ti, на который известно расчетное значение зенитного расстояния Zpi: Zpi=arctg[(1-C2)1/2C-1] (1) где o, o- исходные априорные (подлежащие уточнению) значения астрономических координат - широты и долготы; i, i- склонение и прямое восхождение соответственно для i-ой звезды (берутся из астрономического ежегодника); Srpi - гринвичское звездное время i-ой звезды на момент ti определяется по известным формулам (Астрономический ежегодник СССР. - Л.: Наука, 1982 (или другие годы), с.667-670; Меес Ж. Астрономические формулы для калькуляторов.- М.: Мир, 1988, с. 37-39).

Уравнения для поправок астрономических координат , получаются варьированием уравнения (2) с использованием формул параллактического треугольника, и имеют вид cosAi+ cososinAi+Zi= 0, (3) где Ai - азимут звезды на момент ti (вычисляется по известным формулам параллактического треугольника);
Zi - складывается (с учетом знаков) из поправки эталона (систематическая ошибка астролябии) Z, поправки за масштаб и измеренного отстояния mYi/2 и разности Zpi-Zэ между расчетным и эталонным (определяемым призмой астролябии) зенитным расстоянием:

Здесь Yi измеряется в растровых единицах, масштаб которых подлежит определению.

Подставляя формулу (4) в (3), получим окончательное уравнение для поправок астрономических координат

где 4 неизвестных , , Z, m определяются по 4-м и более уравнениям (звездам) решением системы линейных уравнений (5) при i4 способом наименьших квадратов. Вычислению подлежат лишь , .
Далее астрономические координаты получают как = o+, = o+.
Последовательность действия при реализации способа следующая.

В отличие от прототипа выбирают звезду, расчетное значение зенитного расстояния Zpi на момент ti отличается от эталонного Zэ менее чем на величину половины угла поля зрения. Далее, как и в прототипе, наводят астролябию на выбранную звезду и наблюдают двойное изображение звезды в поле зрения с помощью телевизионной системы, угловое отстояние Yi двух изображений звезды и фиксируют момент времени этого измерения. Повторяют с целью осреднения эти измерения по данной звезде и осредняют их, отнеся к среднему моменту времени измерений. Операция осреднения не является принципиальной, и в формулу изобретения не включена. Далее повторяют указанные операции для четырех и более звезд на разных азимутах. Далее, сравнивая расчетные зенитные расстояния Zpi на момент измерений (вычисляются по исходным значениям o, o координат) по формулам (1), (2) и эталонное зенитное расстояние астролябии Zэ и вводя в уравнение члены - систематическую ошибку Z и масштаб m, вычисляют искомые астрономические координаты как суммы исходных значений координат и поправок к ним , , которые вычисляют путем решения системы уравнений (5) по методу наименьших квадратов.

Эффективность предложенного способа определяется тем, что по статистике распределения звезд в поле зрения 30 угловых минут для заданного эталонного значения Zэ по всему альмукантарату для любого момента времени разбросано в среднем 9 звезд от 6-й звездной величины и ярче, из которых выбирается одна (Аллен К. У. Астрономические величины.- М.: Мир, 1977, с.348). Поэтому темп измерений определяется практически только скоростью перенаведения со звезды на звезду. В прототипе же надо было ожидать момента прохождения каждой звезды через эталонный альмукантарат, что в высоких широтах практически вообще неосуществимо. Практическая проверка предложенного способа показывает, что для решения задачи определения астрономических координат по четырем звездам данным способом требует всего 4-8 мин в любых широтах. Для обеспечения предельной точности целесообразно использовать 30-60 звезд в течение всего 1 ч работы.


Формула изобретения

Способ определения астрономических координат, включающий регистрацию моментов времени наблюдения изображения звезды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных фозможностей, наблюдения выполняют при отклонении расчетного зенитного расстояния Zpi звезды от эталонного Zэ, не превышающем половины угла поля зрения, измеряют в поле зрения временное угловое отстояние двух изображений звезды Yi на фиксированные моменты времени, выполняют указанные операции для четырех и более звезд при разных азимутах Ai и определяют астрономические координаты как суммы исходных координат 0, 0 и поправок к ним и , причем последние определяются из решения системы уравнений

где i 4, m, Z - соответственно входящие в число неизвестных масштаб изображения и систематическая ошибка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электрических измерений неэлектрических величин и может быть использовано в гироскопических чувствительных элементах систем стабилизации, измерения и в других областях техники, где необходимо измерять угловые отклонения (вибрации, биения) вращающихся валов (роторов)

Изобретение относится к области навигации, в частности к способу измерения угловой скорости гироплатформы

Изобретение относится к области гироскопической техники

Изобретение относится к гироскопическому инклинометру и способу определения угловой ориентации скважин, предназначеных для исследования траекторий нефтяных, газовых, геотермальных, железорудных и других скважин

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в визуальных и оптических магнитных компасах с дистанционной передачей информации о курсе

Изобретение относится к точному приборостроению, преимущественно гироскопическому, и может быть использовано при создании гирокомпасов и курсоуказывающих устройств аналитического типа

Изобретение относится к гироскопической технике и может быть использовано в системах управления подвижных объектов различного назначения, а также в качестве индикаторов движения объектов

Изобретение относится к мореходной астрономии и может быть использовано на кораблях и судах для определения географических координат по наблюдению небесных светил

Изобретение относится к горной промышленности, конкретно к устройствам, позволяющим определять значение азимутальных и зенитных углов в глубоких скважинах при наклонно-направленном бурении нефтяных, газовых, геологоразведочных скважинах, а также при аттестации имеющихся обсаженных скважин

Изобретение относится к способам вычисления и отображения рельефа на топоплане с помощью графопостроителя

Изобретение относится к преобразованию и расшифровке картографических изображений и может быть использовано для прогнозирования месторождений нефти и газа до начала геологоразведочных работ
Наверх