專利名稱：一種新型六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系，屬于天文學(xué)基礎(chǔ)理論領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
公元前334年，隨亞歷山大東征的地理學(xué)家尼爾庫斯為繪制一幅“世界地圖”，根據(jù)天體自轉(zhuǎn)引起的季節(jié)、晝夜變化，在地球上第一次劃出了一條緯線。此后，以經(jīng)度、緯度為基本單位的天球坐標(biāo)系走上了歷史舞臺，在人類航海、航空的發(fā)展歷程中發(fā)揮了巨大作用。常用的傳統(tǒng)天球坐標(biāo)系主要包括赤道坐標(biāo)系和黃道坐標(biāo)系，如

圖1、圖2所示。①赤道坐標(biāo)系以天赤道為基本大圓，春分點(diǎn)為基本點(diǎn)，以赤經(jīng)、赤緯為坐標(biāo)。②黃道坐標(biāo)系以黃道為基本大圓，春分點(diǎn)為基本點(diǎn)，以黃經(jīng)、黃緯為坐標(biāo)。隨著人類從陸地、海洋、地球南北極、天空、空間一直到深空的探索領(lǐng)域的不斷拓展，這種基于天體自轉(zhuǎn)思想的經(jīng)典天球坐標(biāo)系逐漸顯露出其局限性，表現(xiàn)在只有赤道主比例尺沒有變形，局部比例尺隨緯度增加而變形增大，導(dǎo)致利用經(jīng)緯圈劃分的天區(qū)極不均勻。 比如，衍生的墨卡托海圖的緯度漸長性問題；潛艇穿越北極冰蓋的經(jīng)緯度定位問題；指北方位慣導(dǎo)系統(tǒng)在高緯度地區(qū)指令角速度急劇增大，陀螺力矩器指令電流很大，穩(wěn)定回路設(shè)計困難；單從衛(wèi)星軌道動力學(xué)角度考慮，南北極區(qū)域并無特殊性，深空探測很多情形下視地球?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)等。工程中遇到的這些問題，與傳統(tǒng)天球坐標(biāo)系的固有缺陷有關(guān)，源于極點(diǎn)及緯圈的觀念，新型六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系則存在觀念上的不同，將有助于解決此類問題。

發(fā)明內(nèi)容
1.本發(fā)明的目的是提供一種新型六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系，可以改善傳統(tǒng)天球坐標(biāo)系歷來存在的一些問題，比如受南北極及緯圈小圓影響出現(xiàn)的極區(qū)經(jīng)度分辨困難，局部比例尺變形導(dǎo)致利用經(jīng)緯圈劃分天球不均勻等問題，該新型天球坐標(biāo)系可以提高坐標(biāo)的空間均勻性。2.本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供一種新型六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系，可以直觀想象為一個立方體吹氣膨脹為一個圓球，出現(xiàn)六個均等天球區(qū)域。各區(qū)新型坐標(biāo)完全由大圓確定。包括以下3項(xiàng)內(nèi)容(1)坐標(biāo)系的構(gòu)建如圖3所示，定義六區(qū)原點(diǎn)，F(xiàn) 春分點(diǎn)T，B 秋分點(diǎn)，U 天北極，D 天南極，L 天赤道上與春分點(diǎn)相隔-90°的點(diǎn)，R 天赤道上與春分點(diǎn)相隔90°的點(diǎn)。以這六點(diǎn)為端點(diǎn)構(gòu)造大圓，將天球劃分為相同六區(qū)。圍繞六區(qū)原點(diǎn)的相應(yīng)天球區(qū)域定義為前區(qū)(Front)、后區(qū) (Back)、左區(qū)(Left)、右區(qū)(Right)、上區(qū)(Up)、下區(qū)(Down)。以前區(qū)為例，如圖4所示。以L、R為端點(diǎn)構(gòu)造大圓，使其所在平面與天赤道所在平面構(gòu)成的二面角為士45° ；以U、D為端點(diǎn)構(gòu)造大圓，使其所在平面與90° E經(jīng)線圈所在平面構(gòu)成的二面角為士45°。這四段大圓弧圍繞春分點(diǎn)T構(gòu)成的區(qū)域(青色)即為前區(qū)； 其它五區(qū)定義類似。
(2)坐標(biāo)六區(qū)坐標(biāo)定義模式相同，以前區(qū)和上區(qū)為例進(jìn)行說明。如圖4所示，A為前區(qū)內(nèi)任一位置點(diǎn)，前區(qū)坐標(biāo)為前區(qū)經(jīng)度(α F，簡稱前經(jīng))、前區(qū)緯度(δ F，簡稱前緯)，前經(jīng)和前緯定義如下①前經(jīng)過UAD的球面直線與過UFD的球面直線所在平面構(gòu)成的二面角，即為A點(diǎn)的前經(jīng)。按右手定則，規(guī)定繞球心軸線UD逆時針方向?yàn)檎槙r針方向?yàn)樨?fù)。前經(jīng)在球面直線LFR上標(biāo)刻。②前緯過LAR的球面直線與過LFR的球面直線所在平面構(gòu)成的二面角，即為A點(diǎn)的前緯。按右手定則，規(guī)定繞球心軸線LR逆時針方向?yàn)檎?，順時針方向?yàn)樨?fù)。前緯在球面直線UFD上標(biāo)刻。如圖5所示，上區(qū)內(nèi)任一位置點(diǎn)仍標(biāo)記為A，上區(qū)坐標(biāo)為上區(qū)經(jīng)度(αυ，簡稱上經(jīng))、上區(qū)緯度(δ υ，簡稱上緯)，上經(jīng)和上緯定義如下①上經(jīng)過BAF的球面直線與過BUF的球面直線所在平面構(gòu)成的二面角，即為A點(diǎn)的上經(jīng)。按右手定則，規(guī)定繞球心軸線BF逆時針方向?yàn)檎?，順時針方向?yàn)樨?fù)。上經(jīng)在球面直線LUR上標(biāo)刻。②上緯過LAR的球面直線與過LUR的球面直線所在平面構(gòu)成的二面角，即為A點(diǎn)的上緯。按右手定則，規(guī)定繞球心軸線LR逆時針方向?yàn)檎?，順時針方向?yàn)樨?fù)。上緯在球面直線BUF上標(biāo)刻。表1總結(jié)了六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系六區(qū)的坐標(biāo)定義。(3)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換a、六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系與赤道坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式表2總結(jié)了六區(qū)新型坐標(biāo)系坐標(biāo)與赤道坐標(biāo)系坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換公式。b、六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系與赤道坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式空間直角坐標(biāo)系Ο-xyz定義如下以球心0為原點(diǎn)，χ軸指向春分點(diǎn)，ζ軸指向天北極，y軸方向由右手定則確定。其與六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式為
權(quán)利要求
1. 一種新型六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系，其特征在于該坐標(biāo)系具體定義如下(1)坐標(biāo)系的構(gòu)建定義六區(qū)原點(diǎn)，F(xiàn) 春分點(diǎn)T，B 秋分點(diǎn)，U 天北極，D 天南極，L 天赤道上與春分點(diǎn)相隔-90°的點(diǎn)，R 天赤道上與春分點(diǎn)相隔90°的點(diǎn)；以這六點(diǎn)為端點(diǎn)構(gòu)造大圓，將天球劃分為相同六區(qū)，圍繞六區(qū)原點(diǎn)的相應(yīng)天球區(qū)域定義為前區(qū)(Front)、后區(qū)(Back)、左區(qū) (Left)、右區(qū)(Right)、上區(qū)(Up)、下區(qū)(Down)，以前區(qū)為例，以L、R為端點(diǎn)構(gòu)造大圓，使其所在平面與天赤道所在平面構(gòu)成的二面角為士45°，以U、D為端點(diǎn)構(gòu)造大圓，使其所在平面與90° E經(jīng)線圈所在平面構(gòu)成的二面角為士45°，這四段大圓弧圍繞春分點(diǎn)T構(gòu)成的區(qū)域即為前區(qū)，其它五區(qū)定義類似；(2)坐標(biāo)六區(qū)坐標(biāo)定義模式相同，以前區(qū)和上區(qū)為例進(jìn)行說明定義A點(diǎn)為前區(qū)內(nèi)任一位置點(diǎn)，前區(qū)坐標(biāo)為前區(qū)經(jīng)度(aF，簡稱前經(jīng))、前區(qū)緯度(δρ， 簡稱前緯)，前經(jīng)和前緯定義如下①前經(jīng)過UAD的球面直線與過UFD的球面直線所在平面構(gòu)成的二面角，即為A點(diǎn)的前經(jīng)，按右手定則，規(guī)定繞球心軸線UD逆時針方向?yàn)檎?，順時針方向?yàn)樨?fù)，前經(jīng)在球面直線 LFR上標(biāo)刻，②前緯過LAR的球面直線與過LFR的球面直線所在平面構(gòu)成的二面角，即為A點(diǎn)的前緯，按右手定則，規(guī)定繞球心軸線LR逆時針方向?yàn)檎?，順時針方向?yàn)樨?fù)，前緯在球面直線 UFD上標(biāo)刻；上區(qū)內(nèi)任一位置點(diǎn)仍標(biāo)記為Α，上區(qū)坐標(biāo)為上區(qū)經(jīng)度(α υ，簡稱上經(jīng))、上區(qū)緯度(δυ， 簡稱上緯)，上經(jīng)和上緯定義如下①上經(jīng)過BAF的球面直線與過BUF的球面直線所在平面構(gòu)成的二面角，即為A點(diǎn)的上經(jīng)，按右手定則，規(guī)定繞球心軸線BF逆時針方向?yàn)檎?，順時針方向?yàn)樨?fù)，上經(jīng)在球面直線 LUR上標(biāo)刻，②上緯過LAR的球面直線與過LUR的球面直線所在平面構(gòu)成的二面角，即為A點(diǎn)的上緯，按右手定則，規(guī)定繞球心軸線LR逆時針方向?yàn)檎?，順時針方向?yàn)樨?fù)，上緯在球面直線 BUF上標(biāo)刻；表1總結(jié)了六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系六區(qū)的坐標(biāo)定義表1六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系六區(qū)的坐標(biāo)定義天球區(qū)域原點(diǎn)坐標(biāo)赤經(jīng)/赤煒范圍(° )前區(qū)F(αΡ,δΡ) e [315, 45) <5 e [-45, 45]后區(qū)B( V)a e [135, 225) <5 e [-45, 45]左區(qū)L(a,Sl)a e [225, 3 15) <5 e [-45, 45]右區(qū)R(aR,SR)a e [45, 1 35) <5 e [-45, 45]上區(qū)U(αυ,δυ)a e
下區(qū)D(οΡ,δ°)ae
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系，其特征在于新型六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系與赤道坐標(biāo)系、空間直角坐標(biāo)系間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系如下表2六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系坐標(biāo)與赤道坐標(biāo)系坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換公式天球區(qū)域「_赤經(jīng)/赤緯轉(zhuǎn)換公式_
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系，其特征在于天球上任意兩點(diǎn)間的球面直線長度(即大圓弧弧長)的計算公式如下定義M、N為天球上任意兩點(diǎn)，則根據(jù)其六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系坐標(biāo)可求得這兩點(diǎn)的球心角θ (即球面直線長度)表示為
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系，屬于天文學(xué)基礎(chǔ)理論領(lǐng)域。傳統(tǒng)天球坐標(biāo)系的建立與地球自轉(zhuǎn)、南北極及緯圈觀念相關(guān)，緯圈是小圓，歷來存在極區(qū)經(jīng)度分辨困難和因經(jīng)度比例尺隨緯度變形導(dǎo)致天球劃分不均的問題。本發(fā)明設(shè)計了一種新型六區(qū)大圓天球坐標(biāo)系，將天球劃分為6個相同區(qū)域，各區(qū)新型坐標(biāo)完全由大圓構(gòu)建；推導(dǎo)了其與赤道坐標(biāo)系、空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，公式簡潔。新型坐標(biāo)系定義直觀，等同處理天球六區(qū)，沒有南北極及緯圈觀念影響，區(qū)域劃分更加均勻；不增加坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的計算復(fù)雜度，適于推廣通用。隨著人們在南北極的開發(fā)、衛(wèi)星軌道設(shè)計尤其是深空探測領(lǐng)域的不斷拓展，新型坐標(biāo)系具有潛在應(yīng)用價值。
文檔編號G09B27/06GK102568300SQ20111044919
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者李欽, 王海涌 申請人:北京航空航天大學(xué)