ДВУХЗВЕЗДНЫЙ МОРСКОЙ КОЛЛИМАТОРНЫЙ СЕКСТАН И СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО НАБЛЮДЕНИЯ ПАРЫ СВЕТИЛ С НАЛОЖЕНИЕМ ИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2002 года по МПК G01C21/02 

Изобретение относится к мореходной астрономии и может быть использовано для определения координат места по наблюдению светил.

Существующие ручные астронавигационные приборы выполняют наблюдения одиночных светил с измерением их высот относительно видимого морского горизонта. Для выполнения задачи необходимо наблюдать в период вечерних или утренних сумерек несколько светил одновременно (в течение 4-10 минут) или в дневное время наблюдать Солнце с интервалом между наблюдениями около двух часов. Поскольку приборы не имеют приспособлений для удержания плоскости вертикала, приходится применять различные методы покачивания инструмента, что приводит к погрешностям и сопряжено с большими трудностями. Эти приборы плохо поддаются автоматизации и максимально, что ожидается в перспективе, - придача им малой вычислительной приставки (Красавцев Б. И. Мореходная астрономия. Учебник для вузов. 3-е изд. перераб. и доп. М: Транспорт. 1986).

Наблюдения при помощи астрокоординатора Магомедова не связаны с видимым морским горизонтом, он имеет приспособление для удержания вертикала, и может быть в высокой степени компьютизирован. Однако он не обеспечивает достаточной оперативности определения места, так как требует наблюдений не менее двух пар светил, достаточно удаленных друг от друга по азимуту (Бюллетень ВНИИПИ "Изобретение" 15 от 27.05.98. Описание изобретения к патенту Российской Федерации. Магомедов P. M. "Астрокоординатор" 96111711/28; 11.06.96; RU 2112211 C1; 6 G 01 С 1/08).

Целью изобретения является упрощение наблюдений, их компьютеризация, повышение оперативности и точности определения места путем сокращения количества наблюдений и выполнения отсчетов на один момент времени.

С этой целью предлагаются двухзвездный морской коллиматорный секстан и способ одновременного наблюдения пары светил с наложением их изображений.

Двухзвездный морской коллиматорный секстан (фиг. 1) - это телескопическая зрительная труба с широким полем зрения. Он имеет окуляр 1, в поле зрения которого помещена сетка нитей 2 в виде взаимно перпендикулярных вертикальной и горизонтальной нитей, пересекающихся на оптической оси прибора 3. Сетка нитей освещена электрической лампочкой 4. Прибор имеет оборачивающую систему 5 (принципиально можно обойтись и без нее). Перед объективом 6 установлены один за другим два светоделителя 7 и 8, которые образуют три оптических канала 9, 10 и 11.

Канал 9 имеет измерительную призму 12 с отсчетным устройством 13. Глухой канал 10 содержит коллиматор 14, состоящий из объектива 15 и светящейся сетки нитей 16, идентичной сетке нитей в поле зрения окуляра.

Коллиматор снабжен грузиком 17. Изображение сетки коллиматора 16 точно накладывается на сетку окуляра 3, когда вертикаль грузика лежит в плоскости вертикальной нити сетки 3 или, что то же, - в визирной плоскости прибора. Канал 11 имеет угловую призму 18 (типа АР-90), которая изменяет направление светового луча на 90 градусов. С внешней стороны каналы 9 и 11 защищены стеклами 19 и 20.

Такая компоновка прибора позволяет видеть в его окуляр два изображения удаленного пространства и контрастные точки в этом пространстве, в частности, изображения светил. Когда индекс отсчетного устройства находится на нуле и оптические оси обоих каналов параллельны друг другу, оба изображения точно наложены друг на друга Так же в окуляр видны сетки нитей окуляра и коллиматора. Они точно наложены друг на друга в том случае, когда визирная плоскость прибора лежит в плоскости вертикали грузика.

Грузик имеет свободу качания только в плоскости, перпендикулярной к визирной плоскости прибора. Поэтому при качке корабля на него действует одна составляющая от равнодействующих сил тяготения и качки, вызывая поворот вертикали грузика, а значит, и сетки нитей коллиматора направо и налево от ее среднего, невозмущенного положения. При этом нарушается наложенность сеток, и это видит наблюдатель. Его задача - при тихой воде поворотом прибора добиться слияния изображений сеток, а при качке удержать сетку окуляра посередине между крайними положениями сетки коллиматора и в таком положении производить отсчеты.

Наблюдают пару светил с наложением их изображений по следующей схеме:
1. По известным из морского астрономического ежегодника (МАЕ) склонениям δ₁ и δ₂ и разности звездных дополнений Δτ(Δτ = τ₂-τ₁) намеченной к наблюдению пары вычисляют угловое расстояние d между светилами по формуле косинуса стороны
cosd = sinδ₁×sinδ₂+cosδ₁×cosδ₂×cosΔτ
и сферические углы r₁ и R₂ между стороной d и меридианами (линиями склонений) пары по формуле котангенсов
CtgR₁= tgδ₂×cosδ₁:sinΔτ-sinδ₁:tgΔτ
CtgR₂= tgδ₁×cosδ₂:sinΔτ-sinδ₂:tgΔτ
2. При подготовке инструмента к наблюдению на отсчетном устройстве измерительной призмы устанавливают величину углового расстояния d, тем самым накладывая изображение одного светила на изображение другого (фиг. 2, а), и это положение фиксируют в качестве нуль-пункта.

3. Наводят прибор на пару светил, удерживая его визирную плоскость по вертикали грузика, и приводят два изображения одного светила на вертикальную и одно из изображений второго светила на горизонтальную нити сетки окуляра и снимают отсчеты по отсчетному устройству и хронометру.

На фиг. 2, б показан порядок приведения изображений светил для измерения дуги вертикала одного светила c₁(1¹-O₁) до сферического перпендикуляра (2-O₁), проходящего через изображение второго светила. Удобно измерить дугу O₁-1= l, чтобы из разности d-l получить c₁, c₁= d-l.

Затем вертикальную нить сетки окуляра переводят на два изображения второго светила, удерживая изображение первого светила на горизонтальной нити и выполняют аналогичные измерения.

4. Из решения прямоугольного сферического треугольника с известным катетом 1¹-О₁= c₁ и гипотенузой d определяют угол к₁ (фиг. 2, в), который в сумме с углом R₁ составляет один навигационный параметр - параллактический угол первого светила q₁. На тот же момент аналогично получают второй навигационный параметр - параллактический угол второго светила q₂.

5. По известным величинам (склонения δ₁ и δ₂ и звездные дополнения пары τ₂ и τ₁ на дату наблюдений, которые приведены в МАЕ) и полученным из наблюдения значениям параллактических углов двух светил q₁ и q₂ на один момент времени, по формуле Магомедова определяют местный часовой угол t_М одного из светил пары, и имея гринвичское солнечное время наблюдений, согласно концепции Магомедова (Бюллетень ВНИИПИ "Изобретение" 15 от 27.05.98. Описание изобретения к патенту Российской Федерации. Магомедов Р. М. "Определение долготы места на основе концепции Магомедова" 96105046/28; 12.03.96; RU 2112213 C1; 6 G 01 С 21/02), получают долготу места λ. Затем, зная склонение, параллактический и местный часовой углы светила, вычисляют широту места ϕ.

Двухзвездный морской коллиматорный секстан применяют на кораблях и судах для определения места по наблюдению небесных светил. Это зрительная труба с освещаемой сеткой нитей в поле зрения широкоугольного окуляра в виде взаимно перпендикулярных вертикальной и горизонтальной нитей, пересекающихся на оптической оси. Перед объективом прибора установлены два светоделителя для создания трех оптических каналов. Один канал имеет измерительную призму с отсчетным устройством, второй канал содержит коллиматор с грузиком, который проектирует в поле зрения окуляра сетку нитей, которая точно накладывается на сетку окуляра, когда визирная плоскость прибора лежит в плоскости вертикали грузика. Третий канал с угловой призмой создает изображение, которое точно накладывается на изображение первого канала, когда индекс отсчетного устройства на нуле. Одновременное наблюдение пары светил с наложением их изображений предполагает предварительное вычисление углового расстояния между намеченной к наблюдению парой светил, установку на отсчетном устройстве вычисленной величины и выполнение наблюдений с отсчетом с нового нуль-пункта и измерением по очереди дуги вертикала одного светила до сферического перпендикуляра, опущенного от изображения второго светила. При этом удерживают сетку нитей коллиматора, точно наложенной на сетку нитей окуляра или сетку окуляра, удерживают посередине между крайними положениями сетки коллиматора и средний момент всемирного времени измерений регистрируют по хронометру. Затем по известным и измеренным величинам вычисляют широту и долготу места. Технический результат: упрощение наблюдений, повышение оперативности и точности определения места. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Двухзвездный морской коллиматорный секстан, содержащий зрительную трубу с широким полем зрения, окуляр с освещаемой сеткой взаимно перпендикулярных вертикальной и горизонтальной нитей, пересекающихся на оптической оси трубы, объективом и светоделителем для создания двух оптических каналов, один из которых имеет измерительную призму с отсчетным устройством, отличающийся тем, что последовательно за первым установлен второй светоделитель, создающий третий канал, в котором коллиматор с грузиком проектирует в поле зрения окуляра сетку вертикальной и горизонтальной нитей, точно накладываемых на сетку нитей окуляра, когда визирная плоскость прибора совпадает с плоскостью вертикали грузика. 2. Способ одновременного наблюдения пары светил с наложением их изображений, включающий регистрацию момента времени измерения дуги вертикала одного светила до сферического перпендикуляра, опущенного на него от второго светила, отличающийся тем, что предварительно накладывают изображения пары светил друг на друга путем установки на отсчетном устройстве измерительной призмы вычисленного значения углового расстояния между ними и наблюдают пару с измерениями дуг вертикалов обоих светил, при этом прибор удерживают так, чтобы нити окуляра находились посередине между крайними положениями нитей коллиматора, и по известным величинам склонений и звездных дополнений и измеренным величинам параллактических углов двух светил, местного часового угла одного из светил вычисляют широту и долготу места.