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| 天文導航 | |
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天文導航(英語: 天文導航 )，利用對自然天體的測量來確定自身位置和航向的導航技術。由於天體位置是已知的，測量天體相對於導航用戶參考基準面的高度角和方位角就可計算出用戶的位置和航向。天文導航系統不需要其他地面設備的支持，所以是自主式導航系統。不受人工或自然形成的電磁場的干擾，不向外輻射電磁波，隱蔽性好，定位、定向的精度比較高，定位誤差與定位時刻無關，因而得到廣泛應用。
簡介
根據天體來測定飛行器位置和航向的航行技術。天體的坐標位置和它的運動規律是已知的，測量天體相對于飛行器參考基準面的高度角和方位角就可以計算出飛行器的位置和航向。天文導航系統是自主式系統，不需要地面設備，不受人工或自然形成的電磁場的干擾，不向外輻射電磁波，隱蔽性好，定向、定位精度高，定位誤差與時間無關，因而天文導航得到廣泛應用。[1]
原理
航空和航天的天文導航都是在航海天文導航基礎上發展起來的。航空天文導航跟蹤的天體主要是亮度較強的恆星。航天中則要用到亮度較弱的恆星或其他天體。以天體作為參考點，可確定飛行器在空中的真航向。使星體跟蹤器中的望遠鏡自動對準天體方向可以測出飛行器前進方向(縱軸)與天體方向(即望遠鏡軸線方向)之間的夾角(稱為航向角)。由於天體在任一瞬間相對於南北子午線之間的夾角(即天體方位角)是已知的。這樣，從天體方位角中減去航向角就得到飛行器的真航向。通過測量天體相對于飛行器參考面的高度就可以判定飛行器的位置。以地平坐標系在飛行器上測得某星體C的高度角h,由90°-h 可得天頂距z(圖1)，以星下點(天體在地球上的投影點)為圓心，以天頂距z所對應的地球球面距離R為半徑作一圓，稱為等高圓(圖2)。在這個圓上測得的天體高度角都是h。同時測量兩個天體C1、C2,便得到兩個等高圓。由這兩個圓的交點得出飛行器的實際位置 M 和虛假位置M′。再用飛行器位置的先驗信息或第三個等高圓來排除虛假位置，經計算機解算即得出飛行器所在的經、緯度(λ、φ)。[2]
根據跟蹤的星體數，天文導航分為單星、雙星和三星導航。單星導航由於航向基準誤差大而定位精度低，雙星導航定位精度高，在選擇星對時，兩顆星體的方位角差越接近90°，定位精度越高。三星導航常利用第三顆星的測量來檢查前兩次測量的可靠性，在航天中，則用來確定航天器在三維空間中的位置。
儀器和系統
航空常用的天文導航儀器有星體跟蹤器、天文羅盤和六分儀等。自動星體跟蹤器(星敏感器)能從天空背景中搜索、識別和跟蹤星體，並測出跟蹤器瞄準線相對於參考坐標系的角度。天文羅盤通過測量太陽或星體方向來指示飛行器的航向。六分儀通過對恆星或行星的測量而指示出飛行器的位置和距離。天文導航系統通常由星體跟蹤器、慣性平台、計算機、信息處理電子設備和標準時間發生器等組成。星體跟蹤器是天文導航系統的主要設備，一般由光學望遠鏡系統、星體掃描裝置、星體輻射探測器、星體跟蹤器信號處理電路和驅動機構等組成(圖3)。它通過掃描對星體進行搜索，搜索到星體之後立即轉入跟蹤狀態，同時測出星體的高度角和方位角。星體跟蹤器的輻射探測器在飛機上較多採用光電倍增管和光導攝像管，在航天器上較多採用光導攝像管和析像管。電荷耦合器件是70年代發展起來的一種探測器，它體積小、靈敏度高、壽命長,不用高壓供電,能直接獲得精確的空間信息，近年來在飛機、導彈、航天飛機和衛星上得到廣泛應用，並為星體跟蹤器小型化創造了條件。
應用
天文導航經常與慣性導航、多普勒導航系統組成組合導航系統。這種組合式導航系統有很高的導航精度，適用於大型高空遠程飛機和戰略導彈的導航。把星體跟蹤器固定在慣性平台上並組成天文-慣性導航系統時，可為慣性導航系統的狀態提供最優估計和進行補償，從而使得一個中等精度和低成本的慣性導航系統能夠輸出高精度的導航參數。
在低空飛行時因受能見度的限制較少採用天文導航，但對於高空遠程轟炸機、運輸機和偵察機作跨越海洋、通過極地、沙漠上空的飛行，天文導航則很適用。對於遠程彈道導彈，天文導航能修正發射點的初始位置和瞄準角誤差，所以特別適用於機動發射的導彈。彈道導彈可在主動飛行段的後期使用天文導航，也可借天文導航完成再入後的末制導用以修正風的影響。星體跟蹤器對星體的瞄準能建立精確的幾何參考坐標，並且在空間沒有雲的干擾，因而天文導航(星光制導)在航天器上得到更廣泛的應用。