1.2. Астрономічні методи навігації.

Астрономічні методи навігації засновані на визначенні положення відомих небесних світил відносно обраної системи координат. Ці методи реалізуються за допомогою астрономічних оптичних та оптично-електронних навігаційних приладів. Для астронавігаційних приладів характерні автономність вимірювання, яка обмежена лише видимістю небесних світил (в приземної області), і висока точність визначення координат місця, що не залежить від тривалості, дальності, висоти та швидкості руху. Оскільки основне завдання навігації полягає у проведенні об'єкта по заданій траєкторії в заданий час, облік ходу часу є обов'язковою складовою частиною навігаційних вимірювань.

Положення світил на небі визначається аналогічно тому, як визначається положення точки на земній поверхні, довготою і широтою. Вводиться допоміжна небесна сфера з центром в центрі Землі, і всі світила проектуються на неї. Приймається, що всі світила розташовані на цій сфері, що обертається навколо Землі. Небесний екватор розглядається як проекція земного екватора на небесну сферу, і точно так само виходять Північний і Південний полюси світу, як проекції земних полюсів (Рис.1.1).

Широта на небесній сфері називається відмінюванням і може бути північній або південній щодо екватора, як і на Землі. Небесна довгота виражається зоряним часовим кутом, гринвіцьким часовим кутом або місцевим часовим кутом світила.

Небесний меридіан, що проходить через точку весняного рівнодення, яка також називається першою точкою Овна, вважається нульовим. Зоряний часовий кут світила відраховується на захід від нульового небесного меридіана в межах від 0 до 360° і вказується в кутових градусах.

Р ис.1.1. Небесна сфера. Відлік кутів.

Оскільки небесна сфера рівномірно обертається навколо Землі зі сходу на захід, будь-яка задача астронавігації вимагає співвіднесення часового кута спостережуваного світила з нульовим, тобто гринвіцьким, меридіаном на Землі. Кут між гринвіцьким меридіаном і світилом називається гринвіцьким часовим кутом світила. Гринвіцький часовий кут теж вимірюється на захід від 0 до 360°.

Місцевий часовий кут світила є кут між небесним меридіаном спостерігача і положенням світила. Місцевий часовий кут завжди вимірюється в градусах на захід від меридіана спостерігача. Щоб знайти мчу світила, потрібно з його гринвіцький годинний кут відняти гринвіцький кут спостерігача. Якщо результат виявляється негативним, то потрібно абсолютну величину цього результату відняти з 360 °. Слід враховувати, що довгота на Землі вимірюється також на схід від Гринвічем меридіана до 180 °.

Географічні координати місця об'єкта можна визначити, вимірявши висоти двох світил над горизонтом. Обчислення координат можуть здійснюватися оператором або автоматичними астронавігаційними системами. Висота ж світила вимірюється секстантом (Рис.1.2). Авіаційні секстанти забезпечуються штучним горизонтом у вигляді рідинного рівня (або гіроскопа). Після визначення за шкалою секстанта висоти світила над горизонтом вносяться невеликі поправки на похибку градуювання приладу і на паралакс, відхиляючий дію земної атмосфери на що проходить крізь неї світло. У авіаційних секстантах передбачаються автоматична реєстрація показання по завершенні візування, а також усереднення показань у процесі швидкого багаторазового візування. Космічні секстанти на один-два порядки величини точніше морських та авіаційних.

Р ис.1.2. Секстант.

Візуванням небесного світила навігатор може визначити лише лінію, що проходить через його місце розташування. Щоб визначити свої координати місця, йому потрібно візувати друге світило і встановити другу лінію положення. Тоді його місце розташування буде представлено точкою перетину цих двох ліній. Однак ці вимірювання не дають навігатора точних координат місця. При візуванні світила він приймає власну оцінку цих координат. Обчисливши місцевий часовий кут візованого їм небесного світила, навігатор з урахуванням відміни і часового кута останнього, користуючись спеціальними таблицями, може обчислити висоту розглянутого небесного світила у припущенні, що він знаходиться в прийнятій ним точці. Різниця обчисленої висоти і виміряної при візуванні секстантом вкаже йому величину і напрямок зсуву істинного місця розташування від прийнятої точки. Кожна кутова хвилина цієї різниці відповідає однієї морської милі (1,85 км).