1、1The Viking Sunstone 维京人的电气石2目目录录维京人电气石导航仪器维京人的电气石原理在现代航海中的应用精品资料4 你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早”5导航仪器GPS GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实
2、时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。6导航仪器 北斗卫星导航系统是是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是除美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，其建设与发展则遵循开放性、自主性、兼容性、渐进性这4项原则。北斗卫星导航系统7导航仪器 多普勒声呐导航系统（Doppler sonar navigation system）是一种利用声波的导航系统。船在航行时,向海底发射 某个频率的水声信号，而船上位置固 定的接收器接收此
3、信号时，将有一个 频率偏移存在。这种现象，在物理 学上叫多普勒效应。根据测得的频率偏移值可求出船的行进速度，再据水声信号在发射与接收之间所经历的时间值，即可确定船在某个瞬间的位置。多普勒声呐导航系统8维京人 维京人生活在1000多年前的北欧，即今天的挪威、丹麦和瑞典。当时欧洲人更多将之称为Northman，直译为北方人，即北方来客。维京是他们的自称，在北欧的语言中，这个词语包含着两重意思：首先是旅行，然后是掠夺。他们远航的足迹遍及整个欧洲，南临红海，西到北美，东至巴格达。当他们第一次在当地百姓面前出现，就是以海盗的身份抢劫掠夺。9维京人公元第六和第七世纪，维京人开始在波罗的海东部沿岸作出突击，
4、然后再安置下来。到了公元第八世纪的末期，他们就从今天的俄罗斯遁河而下，展开长期的入侵，并沿途设置要塞来作防卫10维京人789年，一伙维京海盗洗劫了多赛特郡，从此英格兰就受着不断的骚扰。795年奥克尼群岛被维京人占领，然后是苏格兰和爱尔兰的海岸线为海盗所控制，他们在这里建立了与挪威的贸易路线，并且以此为落脚点，向更西部发展。825年时发现冰岛(爱尔兰的僧侣早已经在那里)并在875年定居下来。907年以二千艘战船和八万人的部队攻击君士坦丁堡。920年，他们又在格林兰殖民，但那里的气候一年比一年寒冷，不能种植庄稼，终于1500年全部的维京人离开了这块冰冻的岛屿。11维京人 维京人的船是维京文化中重要
5、的组成部分，可以说维京人的一切都与他们的船有密切联系。维京船制造的材料主要取自高大笔直的橡树。维京船分为战船和货船两类。战船较轻，船窄，灵活轻便，又很耐风浪；而货船的船身又高又宽，船体也很重，在波涛汹涌的大海中载重航行时可保持稳定。两类船都有通常所说的弯曲船首，用一整块完整的橡木精雕细刻而成。12维京人13电气石 电气石是一种硅酸岩矿物，其工艺名称为“碧玺”。电气石是多元素的天然矿物，主要成分有镁，铝，铁，硼等10多种对人体有利的微量元素。电气石最早发现于斯里兰卡，当时被视为与钻石、红宝石一样珍贵的宝石。人们注意到这种宝石在受热时会带上电荷，这种现象称为热释电效应，故得名电气石。14电气石其压
6、电性可用于无线电工业；其热释电性可用于红外探测、制冷业。色泽鲜艳、清彻透明者可作宝石原料(俗称碧玺)。电气石含有各种天然矿物质，其中有许多与人类必须的矿物质相同。借着微弱电流的作用，矿物质容易被吸收，是极佳的矿物质来源。15电气石电气石的其他作用：电气石的其他作用：电气石根据用途不同，有电气石粉、超细电气石粉、纳米电气石粉。适用行业涉及：环抱、卷烟、涂料、纺织、化妆品、净化水质、净化空气、防电磁辐射、保健品等。16维京人的电气石维京人是如何在没有仪器的情况下设维京人是如何在没有仪器的情况下设法在开放海域航行了数千英里法在开放海域航行了数千英里?许多书都写过他们神奇的航行,但他们并没有提供细节来
7、解释他们的导航方法。为了填补这个缺失的有关海盗的知识,我们必须努力想象自己生在那个时代,拥有伟大的常识和勇气,在缺乏现代导航器工具和技术的情况下探索未知的太阳。17维京人的电气石 维京人主要在夏天航行,夏天北纬地区正经历漫长的白天和短暂的夜晚。因此,维京人主要依靠太阳而不是星星导航。北欧地区没有一个地方在夏天经历了真正的黑暗。以北纬61为例,从4月底到8月底太阳可供超过14个小时的阳光。在更高的纬度甚至更久。他们发现了用阳光通过晶体折射指引船只的方法。这块晶石被称为称为冰岛晶石。18维京人的电气石 冰岛晶石也被称为光学方解石。它是由碳酸钙和钙离子的原子排列在一个晶格层组成晶体可以被分成小晶体，
8、一直分下去可以分成小片，而且总是与原水晶有同样的角度。一个菱形水晶晶体结构,其相反的面孔是平行的,但没有直角。一个完美的水晶是无色透明的。钝角是101 30，锐角是7830。水晶的结构导致的双折射光学现象。一个对象通过水晶将会一个产生双重的形象。19维京人的电气石20原理 方解石是众所周知双折射率材料。当自然光进入方解石晶体时，它分裂成两个线性偏振束，分别具有不同的折射率。寻常光（o光）满足折射法则,非常光（e光）弯曲地进入晶石。o光和e光晶石里面有着不同的路径,但当离开时它们沿平行路径。O光e光21原理 在一张纸上做一个小标志并且把方解石放在上面。你将会看到两个截然不同的标志，它们都很清晰。
9、慢慢旋转方解石，一个图像将保持静止,此射线就是o光。然而,另一个图像将绕着水晶旋转,这就是所谓的e光。O光e光22原理 为了寻找太阳，把一个黑色的小点放置在方解晶石上表面的中心时,当石头被放在头顶时将看到这个小黑点。当握住这块石头使其与水平面平行，仰视这块石头。你观察这个石头你会发现一个点变成两个点。23原理 在方解石的长边放一个指针，并指定该指针对准最亮的天空。在水平面来回移动旋转石头,你会看到一个图像变淡,另一个就变黑。当这两幅图好像一样的时候指针指向的就是太阳的方向。24原理任何冰岛晶石晶体都可以作为太阳石，只要它是光学清晰的。晶体的厚度是很重要的。越厚的晶体越容易得到黑点。25原理位置
10、：北纬4834.5,西经12234.0时间：格林威治标准时间 03:04:28方向是在落日前不久确定的，太阳被隐藏在森林后面，位置是不可见的。天空万里无云，在一个底座上挖一个洞放置方解石，方解石下面放置一个旋转木盘，木盘上有一个镜子，它也包含两个瞄准销。可以直接看着镜子控制方解石而不用把石头举在空中，抬头往上看。26原理把方解石对准最明亮的夜晚的天空，随后它缓慢地旋转起来直到来回的双重形象一样。观察确切的时间，站在一个固定的位置，利用两个瞄准销，方解石的位置被一个方向所取代，这就是太阳的方向。27原理 维京人没有指南针，但他们有其它方法确定方向指导他们横渡海洋。他们把可见地平线分成八块他们称之
11、为“attir”，方向之意。他们主要依据挪威西海岸（近南北向）判断方向。28原理29原理 维京人所谓的纬度不是度数而是一定纬度上地标和地点的名称。地平线板是非常容易使用。例如:假设航海家想要在一个晴朗的早晨从他在挪威的出发点(北纬61)确定太阳的方向。太阳将会在东北方向升起来045。地平线上的木橛子将会被放在地平线板上适当的孔中,真正太阳方向将被记录下来。理想的航向和准确的方向将在地平线板上读出。但是如果云或雾藏起了太阳,通常情况下在这些水域中,方解石是必须的。30原理 在一个早晨日出时通过一条清晰的天顶地平线,方解石可以找到确切的太阳的方向。当这些做好之后,地平线板将对准方解石所指向的太阳在
12、045 的方向。另一个水平线板上的纬度也容易确定。这方法是一样的,除了方向是不同的。在频繁的大雾天气,使用方解石和地平线板是一个很好的组合。31原理32在现代航海中的应用 太阳光本身是自然光，并不具有偏振性。但当它穿入大气层时，受到大气分子和其它颗粒的散射作用，形成天空光。大气散射包括大气分子的瑞利散射和较大颗粒的米氏散射，当大气较为清洁时，瑞利散射占导，天空光就变为光振动在某一方向上占优势的部分偏振光。天空光的偏振度与大气的清洁程度、气象条件和散射光的波长相关；占优势的光振动方向跟太阳的位置相关，它总是垂直于太阳、观测点和观测方向所组成的面，形成了以观测点和太阳为对称轴的分布图，并随着太阳的
13、视运动而发生相应的变化 。33在现代航海中的应用34 天空光的偏振分布信息包含太阳的位置信息，因此，可以通过对天空光光振动方向的测量确定太阳的位置，然后利用单天体方式进行定位、定向。采用三个 通光方向分别沿 0、1 2 0、2 4 0 方向的偏光棱镜所构成的三光路光强探测系统实现对天空光光振动方向的自动测量。在现代航海中的应用35假定三光路人射光的传播方向、光强以及偏振都是相同的，则入射部分偏振光的光振动方向为 在两个相互垂直的探测方向上对相应方向天空光的光振动方 向进行探测：观测基座固定在舰船上，且当舰船无姿态偏离时保持水平；两探测方向位于舰船艏艉面内，并相对基座平面法线对称分布。在现代航海
14、中的应用36在现代航海中的应用37在现代航海中的应用38在现代航海中的应用39在现代航海中的应用40在现代航海中的应用41在现代航海中的应用42在现代航海中的应用43在现代航海中的应用44在现代航海中的应用 在实际的导航过程中。舰船的姿态是变化的，使得探测基座不再保持水平。惯性导航系统、平台罗经能够提供舰船的姿态角，利用这些信息相应地将式(5)中的变换矩阵 M 作相应的变换即可消除舰船姿态变化的影响。因此，该天文导航方式必须配合惯性导航 系统或 平台罗经才能实现基于上述分析，该天文导航方式可与惯性导航系统组合使用，将获取的舰位和航 向信息用于对惯性导航系统的两点校。另外，也可利用更为准确的卫星
15、导航所提供 的位置信息结合该天文导航方式所提供的航向信息对惯性导航系统进行两点校。45参考文献1一种基于天空光偏振特性的天文导航方式，王光辉，朱海，莫军，徐剑锋，中国航海，2009(3)2 不同天气下的天空散射光偏振特性研究,邹晓辰,大连理工大学,20103 Viking navigation using the sunstone,polarized light and the horizon board.Leif K.Karlsen.Navigation notes 93,5-8(2006)4 Viking navigation hypothesis under foggy and clou
16、dy skies requires more light(,February 27,2007)46参考文献5 Viking Empires Angelo Forte,Richard Oram,Frederik Pedersen.(Cambridge University Press,2005),p.349,6 The Viking Sunstone:Is the legend of the SunStone true?Dirk Jan Willem Meiers.7 A camera as a polarized light compass:preliminary experiments.Kane Usher,Peter Ridley,Peter Corke.Proc.2001 Australian Conf.on Robotics and Automation(Sydney,November 14-15,2001),
