航空天文学
aviation astronomy
hangkong tianwenxue
航空天文学
研究飞行器利用观测天体进行导航的学科。天文学的分支之一。应用天文方法导航的特点是：具有自主性，不需地面设备；在观测天体时利用天体的天然辐射能，系统本身不向外辐射电磁波，不受人工或自然形成的电磁场干扰，隐蔽性和抗干扰性好；定位误差不随时间积累，不受飞行持续时间和航线长度影响；不需要参考地标，在地球任何地理位置均可应用；适合海军飞机高空、远程、跨越海洋和通过极地的飞行，能与惯性、多普勒导航系统组成高精度的组合导航系统，可作综合导航系统中的校准仪器。
基本内容，包括测量原理和方法、测量仪器及其使用、测量结果的数据处理等。测量飞行器航向的原理和方法是：使星体跟踪器中的望远镜自动对准天体方向，测出飞行器纵轴方向与天体方向(望远镜轴线方向)之间的夹角，此角称航向角；天体在任何一瞬间相对于南北子午线之间的夹角(天体方位角)，可以通过已知条件求得。天体方位角减航向角即是飞行器的真航向。测量飞行器位置的原理和方法是：通过测量所观测天体相对于飞行器参考面的高度角来确定；使用地平坐标系(图1)，在飞行器上测得星体C的高度角h，由90°减h得天顶距z，以星下点c(天体在地球上的投影点)为圆心，天顶距z所对应的地球球面距离R为半径作圆，称为等高圆(图2)，在等高圆上测得的天体高度角都是h，即观测者位置在等高圆上；同时测量两个天体C1、C2，便得两个等高圆，这两个等高圆的两个交点M、M’之一，即是飞行器的实际位置；运用飞行器位置的先验信息或第3个等高圆排除虚假位置，经解算得出飞行器所在的经度(λ)、纬度(φ)。天文导航的测量仪器，主要有自动星体跟踪器、天文罗盘和六分仪等。自动星体跟踪器，能从天空背景中搜索、识别和跟踪星体，并测出跟踪器瞄准线相对于参考坐标系的角度。天文罗盘，通过测量太阳或星体方向来指示飞行器的航向。六分仪，通过对恒星或行星的测量而指示飞行器的位置。其中射电六分仪，可定向接收太阳和月亮的自然无线电波辐射，并能在任何视距条件下测量太阳和月亮的高度角，从而确定飞行器的位置。测量结果的数据处理方法有解析法和图解法。通常采用解析法。如将测量两个天体C1、C2所得到的高度角分别用方程式hc1＝f(λ、φ)＝常数1，hc2＝f(λ、φ)＝常数2表示，联解两个方程，即可解算出飞行器在M点的经度(λ)、纬度(φ)。用手工方法计算天体高度、方向和航向指示仪器修正量极为繁重。用专门的表格、曲线图和列线图比较简单。使用电子计算机解算，速度快，精度高。
图1 地平坐标
图2 等高圆
1837年美国人T．H．萨姆纳提出利用等高线同时解算经度、纬度的方法，建立了天文定位测量原理，为天文定位奠定了理论基础。20世纪初，随着飞机的出现，为了满足飞机天文领航的需要，在航海天文学的基础上加以改造，使之适合飞行条件，创立航空天文学。20年代以后，天文导航在横越北极(1926年)、大西洋(1927年)、南极洲(1928年)，以及美苏间首次直航(1937年)等飞行中发挥了重要作用。在第二次世界大战中，一些国家的飞行员多次使用天文导航方法，完成作战飞行。50年代以后，航空天文学已经逐步发展为导航学中的一个分支学科。发展趋势是：进一步研究确定航天器在三维空间的精确位置和航向的方法、测定观测者在其他天体上的位置的方法；发展高精度、全自动、全天候、重量轻、体积小的测量仪器。