[科普中國(guó)]-天文羅盤(pán)

基本信息

航空天文羅盤(pán)是在航海天文羅盤(pán)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。天文羅盤(pán)按測(cè)量方法分為地平式和赤道式兩種。前者的定向面與天體的地平經(jīng)圈重合，后者的定向面與天體的赤經(jīng)圈重合。

天文羅盤(pán)用于按天體保持航向，修正磁羅盤(pán)及測(cè)定遠(yuǎn)距目標(biāo)的真方位。天文羅盤(pán)的使用要求在飛機(jī)上設(shè)置一個(gè)天文觀(guān)測(cè)罩——觀(guān)測(cè)半個(gè)天球的透明罩子。天文羅盤(pán)上具有帶有赤緯角刻度盤(pán)的瞄準(zhǔn)鏡，真方位圓盤(pán)，時(shí)角圓盤(pán)及星球的赤緯角圓盤(pán)。天文羅盤(pán)安裝在固定于天文觀(guān)測(cè)罩中安裝版的底座上。兩個(gè)水準(zhǔn)器用于確定羅盤(pán)工作部分的水平。由于必須具有天文觀(guān)測(cè)罩的緣故，故天文羅盤(pán)只允許在重型飛機(jī)上使用。1

導(dǎo)航原理地平式天文羅盤(pán)由航向角傳感器、放大器、方位計(jì)算器、指示器和電源等組成。由航向角傳感器測(cè)出天體航向角 β，而由方位計(jì)算器根據(jù)給定的地理經(jīng)度、緯度、格林威治時(shí)角和天體赤緯算出天體方位A,然后得到飛行器的真航向Ψ=A±β。赤道式天文羅盤(pán)的測(cè)向原理與地平式相似，但定向面垂直于赤道平面。 由于太陽(yáng)圓盤(pán)面有 32′的視場(chǎng)角，靠太陽(yáng)確定飛機(jī)真航向的天文羅盤(pán)精度較低，約在1°～2°的水平。這類(lèi)天文羅盤(pán)的航向角傳感器一般只能用于跟蹤太陽(yáng)，夜間使用時(shí),可用全景潛望式六分儀來(lái)代替航向角傳感器,通過(guò)對(duì)月亮、行星或恒星定向的方法確定飛機(jī)的天體航向，而靠方位計(jì)算器算出所定天體的方位，同樣可得到飛機(jī)的真航向。另一種以星體跟蹤器作為天文羅盤(pán)使用的新型航向儀表采用光電倍增管、光導(dǎo)攝像管或電荷耦合攝像器件作為敏感元件，能跟蹤星體或精確跟蹤太陽(yáng)中心，精度可達(dá)角秒級(jí)或角分級(jí)。天文羅盤(pán)是自主式航向儀表，能指示真航向，定向精度不受飛行持續(xù)時(shí)間、距離等影響，與地球的地理區(qū)域無(wú)關(guān)。但在低空使用受到天體能見(jiàn)度的限制。天文羅盤(pán)還能與其他多種儀表或?qū)Ш皆O(shè)備組成功能較全、精度較高的組合式航向系統(tǒng)和組合式導(dǎo)航系統(tǒng)。

天文羅盤(pán)的應(yīng)用在航海航空中廣泛使用的慣性導(dǎo)航方法，系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，可以進(jìn)行連續(xù)的定位定向，但由于誤差積累，在長(zhǎng)時(shí)間的航行中將使定位定向精度降低；天文導(dǎo)航方法利用對(duì)天體的光學(xué)測(cè)量進(jìn)行定位定向，精度高并且精度與航行的持續(xù)時(shí)間、距離、高度、速度、地理位置等因素?zé)o關(guān)，但受到天體能見(jiàn)度的限制，因此只能離散地進(jìn)行定位定向。在航海中一般要在早晚晨昏蒙影期間進(jìn)行觀(guān)測(cè)，因此此時(shí)既可觀(guān)測(cè)到天體，又方便戶(hù)外作業(yè)。而航空則不受此限制，但仍受到低空能見(jiàn)度的限制，因而天文導(dǎo)航方法主要適用于高空飛行的轟炸機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、偵察機(jī)跨越海洋、通過(guò)極地、穿越沙漠上空的飛行。將各種導(dǎo)航方法有機(jī)的結(jié)合起來(lái)形成組合導(dǎo)航的方法，則可集中各種導(dǎo)航方法的長(zhǎng)處并避免其短處，提高定位定向的精度和可靠性。例如天文/慣性導(dǎo)航方法，將慣性導(dǎo)航作為獲得定位定向初值的方法，而用天文導(dǎo)航方法在一定時(shí)間間隔內(nèi)修正其積累誤差，使得系統(tǒng)的綜合性能最佳。2