[发明专利]适用于运动状态下的太阳和月亮跟踪装置和方法

权利要求书

1.一种适用于运动状态下的太阳和月亮跟踪装置，其特征在于，包括：二维转台，跟踪辅助装置、控制器、安装平板和计算机；

二维转台，跟踪辅助装置和控制器安装在安装平板上；

二维转台用于装载探测器并使其指向太阳或月亮，跟踪辅助装置用于确定载具初始安装水平面的方位角和倾角，控制器用于采集跟踪辅助装置的图像数据，并传递给计算机，计算机用于分析图像数据，确定水平面倾斜角度和方位角度，然后通过控制器控制二维转台运动，使二维转台的方位和俯仰运动到达指定位置，控制器内含GPS；

所述跟踪辅助装置包括：CMOS图像传感器，除湿和温控装置，全景鱼眼镜头，防水防尘光学玻璃罩，透气孔，封装箱，电源和数据线接口A和支架；

封装箱内安装CMOS图像传感器和除湿和温控装置；

CMOS图像传感器通过全景鱼眼镜头对太阳和月亮成像，图像下传给计算机，根据太阳或月亮在CMOS图像传感器上的像元位置确定太阳或月亮的位置，封装箱上表面开有水汽通过透气孔，并安装防止光学玻璃罩，除湿和温控装置用于控制封装箱内的温度和水汽，防止光学玻璃罩结露，影响仪器精度和寿命，水汽通过透气孔排走；电源和数据线接口A用于连接控制器进行电源和信号传送，支架上端固定封装箱，下端固定在安装平板上。

2.根据权利要求1所述的太阳和月亮跟踪装置，其特征在于：所述二维转台包括：方位驱动装置，俯仰驱动装置，载物台，位置敏感器，密封框架，电源和数据线接口B和安装支架；俯仰驱动装置与载物台相连接，载物台与位置敏感器相连；俯仰驱动装置同时与密封框架相连，密封框架与方位驱动装置相连，并放置于安装支架上；电源和数据线接口B固定在方位驱动装置上，用于连接控制器进行电源和信号传送；

方位驱动装置用于驱动转台进行方位旋转，俯仰驱动装置用于驱动并带动载物台俯仰旋转，载物台用于安装探测器如太阳光度计、月亮光度计及类似光学传感器；电源和数据线接口B用于传输数据和供电。

3.根据权利要求1和2的其中一项所述的太阳和月亮跟踪装置的跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将跟踪装置安装在载具上，载具包括：汽车、船、飞艇、飞机和气球；

步骤2，获取太阳或月亮的位置数据，方位角φ和仰角θ；

位置数据由计算机内置的程序根据载具所处的地理位置，经度X、纬度Y、高度h，以及时间t计算得到，公式如下：

(θ,φ)～ψ(X,Y,h,t) (1)

步骤3，当安装平台平面为绝对水平和方位绝对0度时，CMOS图像传感器上的每一个像元(i，j)对应一组位置数据方位角φ和仰角θ，即公式：

(i,j)～f(θ,φ) (2)

步骤4，假设t＝0时刻，由程序(θ,φ)～ψ(X,Y,h,t)计算太阳位置为：

t＝0 (θ₀,φ₀)～ψ(X₀,Y₀,h₀,t₀) (3)

步骤5，假设在t＝1时，载具移动到了(X₁，Y₁，h₁)，由程序(θ,φ)～ψ(X,Y,h,t)计算太阳位置为：

t＝1 (θ₁,φ₁)～ψ(X₁,Y₁,h₁,t₁) (4)

根据公式(2)，太阳像元应该落在CMOS图像传感器上(i₁，j₁)，如下式：

t＝1 (i₁,j₁)～f(θ₁,φ₁) (5)

步骤6，当由于载具所处路面或海面不平，载具的摇摆以及移动，载具的所处的平面法线z’，不再指向天顶，坐标轴也发生旋转，方位角由于移动也发生了变化，此时，太阳像元落在了CMOS图像传感器6上:(i'₁,j'₁)

(i'₁,j'₁)～f(θ'₁,φ'₁)

因此得到t＝1时刻载具所处平面法线方向的倾斜角和方位角分别为：

Δθ＝θ'₁-θ₁

Δφ＝φ'₁-φ₁

确定平台安装平面发生了变化，与理论位置的差为(Δθ，Δφ)，计算机将偏移量Δθ，Δφ传递给控制器，在原来计算的公式4调整偏移量，如下式：

θ＝θ₁+Δθ

φ＝φ₁+Δφ

步骤7，控制二维转台运动，使其在倾斜平面的基础上指向太阳或月亮大概位置，这时二维转台处于一个位置敏感器的可测范围内；然后，位置敏感器开始工作，判断二维转台是否精确指向了太阳和月亮，并根据位置敏感器调整二维转台的姿态，从而达到高精度指向太阳和月亮的最终目标。