[发明专利]一种时控太阳能路灯卫星定位信息和日照角度的计算方法

权利要求书

1.一种时控太阳能路灯卫星定位信息和日照角度的计算方法，其特征在于：具体操作如下：

1、卫星定位信息和任意时刻日照角度的计算方法，具体操作如下：

将路灯的有效位置设定为点P,对应纬度为α,对应经度为β,当地时间为T,地球地心为O,地球为近似球体,半径为1.向量DO为平行于当前阳光入射方向,阳光入射方向对于地面P的高度角为φ和方位角为ω，地球自转轴为向量NS，以0为原点建立坐标轴，向量NS在黄道平面上的投影延长线作为x轴，黄道所在平面为xOy平面，同时指定向量ON投影的反方向为正向，向量NS和黄道面夹角66.57°，用γ表示，自转轴方向为：向量ON＝(-cosγ，sinγ)在x轴上的投影平行于向量OA；

阳光入射向量表示:在公转周期内点D在黄道平面对地球截面的圆周上运动,其位置由一年当中的日期决定,当D和A点重合时,对应日期为夏至日；当D和A相对于地心O对称时,对应日期为冬至日.设地球公转周期为Period公由此,向量OD可表示为

向量OD＝(-cos，sinθ，0)

其中θ表示((1,0,0)，向量DO)的角度.根据地球公转特点,进一步:

向量OD＝(-cos(2π/Period公*T+θ0)，sin(2π/Period公*T+θ0),0)

其中θ0表示T＝0时,向量OD和x轴正向夹角，如果T＝0时,对应日期为冬至日,则

向量OD＝(-cos(2π/Period公*T)，sin(2π/Period公*T),0)；

参考UTC时间得到向量PO,设P处经纬度为(long，lat).由于经纬度的定义,分为北纬南纬,东经西经,需要分别处理,此处以北纬,东经举例.向量PO相对于赤道平面的夹角即是lat.而根据UTC时间的特点,当本初子午线随着自转和弧NDS重合时,UTC时间恰好为12:00；

将整个坐标系绕y轴正向逆时针旋转γ角度,坐标系由xyz变为x1y1z1,则赤道平面恰好在x1 Oy1平面上.则向量OD在该坐标系下表示为:

向量OD1＝Rγ(π/2-γ)(-cosθ，sinθ，0)；

其中Rγ(Φ)为是绕y轴旋转Φ的旋转矩阵

Φ＝π/2-γ；

向量OD1＝(-cosΦ*cosθ，-sinθ，sinΦ*cosθ)

在x1y1z1坐标下,该球面上的点也可用球坐标系的(1，θ，φ)表示,x1正向和球面交点处表示为(1,0,0),则向量OD1＝(1，Arctan(sinθ，cosφ*cosθ)，arccos(sinφ*cosθ))

其中Arctan(y，x)是四象限反正切函数,

根据球坐标系和经纬度关系,则球坐标系下的

向量OP1＝(1，π/2-lat，long)

该坐标下的正交基为

其中向量e1方向为地面朝天,向量e2方向为北朝南,向量e3方向为西朝东

而高度角φ为向量OD1与向量e1方向夹角的余角:

Φ＝π/2-arccos(向量OD1*向量e1)

方位角ω为向量OD1投影和向量e3方向夹角:

ω＝Arctan(向量OD1*向量e2*向量OD1*向量e3)

东偏北

在此基础上再考虑实际时间和UTC时间12:00的差值t(早于12:00,t为负),其中t的影响可以等效为对于经度值的变化:

Long←long+t/Period自*2π

当高度角Φ＞π或Φ＜0时指示太阳处于地平线以下；

2、卫星定位信息和日出日落时间的计算方法，具体操作如下：

日出日落对应于Φ＝0，Φ＝π的解,其中按照Arctan(y，x)的定义:

Φ＝0,则x＝0，y＞0；

Φ＝π,则x＝0，y＜0；

则日出日落时间对应于:

O＝向量OD1*向量e1的解.

由于一天内,θ近似不变,而前文中long可以认为是对于时间t的函数long(t).则根据上式展开式,以及

cos(long(t))＝2tan(long(t)/2)/(1+tan²(long(t)/2))；

sin(long(t))＝(1-tan²(long(t)/2))/(1+tan²(long(t)/2))

另λ＝tan(long(t)/2)

则日落日出时间对应于

其中,

a＝cosΦ*cosθ*cos(lat)+sinΦ*cosθ*sin(lat)

b＝-2sinθ*cos(lat)

c＝sinΦ*cosθ*sin(lat)-cosΦ*cosθ*cos(lat)

当不存在实根时,不存在日落日出时间.

当存在实根时,通过

t＝Period自*(2arctanλ-long)/2π

并且t落在(0,Period自)的为日落日出时间。