CN109358658A - 一种光环境仿真***中的太阳位置定位方法 - Google Patents

一种光环境仿真***中的太阳位置定位方法 Download PDF

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侯丽敏
冯奇
徐慧钦
宋俊
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
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Abstract

本发明公开了一种光环境仿真***中的太阳位置定位方法，包括一实验空间以及一设置在所述实验空间内的实验平台，所述实验平台为所述光环境仿真***的中心，所述实验空间内壁设置有若干分别与一控制单元连接的发光灯，用于模拟太阳的位置；所述光环境仿真***中的太阳位置定位方法具体包括以下步骤：a.获取仿真观测点的时间、位置、高度以及观测方向数据；b.计算得出太阳的高度角和方位角；c.计算得出该位置太阳日出高度角和日落高度角；d.所述控制单元根据计算结果点亮相应位置的发光灯；所述步骤b和所述步骤c不分先后顺序。

Description

一种光环境仿真***中的太阳位置定位方法
技术领域
本发明涉及仿真实验领域，尤其涉及一种光环境仿真***中的太阳位置定位方法。
背景技术
在太阳能应用领域经常涉及到到太阳位置的追踪定位，目前常见的追踪定位太阳位置的方法有视日轨迹追踪方法和光电探测器追踪方法。在仿真光环境***中，我们可以利用其中的视日轨迹追踪方法来定位太阳的位置，视日轨迹追踪方法是利用算法计算地球上某一观察点处的太阳高度角和太阳方位角，然后将数据传送给控制***，控制***确定点亮相应位置的光源，模拟太阳的位置。
由于地球天体的运行规律所制，在不同的时间、空间位置，太阳的相对方位会发生变化，因此在光环境仿真***中要根据不同时间、空间位置定位出太阳相对方位。本算法可根据给出的时间和空间位置，准确的模拟出太阳的方位。
发明内容
本发明提供一种光环境仿真***中的太阳位置定位方法，以解决现有技术中无法准确模拟太阳的方位和时间的问题；
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种光环境仿真***中的太阳位置定位方法，包括一实验空间以及一设置在所述实验空间内的实验平台，所述实验平台为所述光环境仿真***的中心，所述实验空间内壁设置有若干分别与一控制单元连接的发光灯，用于模拟太阳的位置；
所述光环境仿真***中的太阳位置定位方法具体包括以下步骤：
a.获取仿真观测点的时间、位置、高度以及观测方向数据；
b.计算得出太阳的高度角和方位角；
c.计算得出该位置太阳日出高度角和日落高度角；
d.所述控制单元根据计算结果点亮相应位置的发光灯；
所述步骤b和所述步骤c不分先后顺序。
在一些具体实施方式中，所述步骤b的计算方法具体为：
其中Hs表示太阳高度角，As为太阳方位角，为地理纬度，δ为太阳赤纬，t为时角。
在一些具体实施方式中，所述步骤c的计算方法具体为：
h为海拔高度为，为日出和日落时的太阳高度角，其中R为地球半径。
在一些具体实施方式中，在所述步骤a中，以所述实验平台为原点建立一三维直角坐标系，设定y轴的方向为正北方向，以正北为0°参考方向。
在一些具体实施方式中，指定观测方向K始终沿y轴方向，当y轴方向由正北方向变为指定方向K时，俯视下沿顺时针方向指定方向K与正北方向的夹角为Δθ，可得在给出指定方向下的仿真实验室内的太阳方位为As+Δθ。
本发明通过采用上述技术方案，根据视日轨迹追踪法，可得到任意时刻，位置下的太阳位置，解决了光环境仿真***中太阳位置的定位问题。
附图说明
图1为本发明中定位光环境仿真***示意图；
图2为本发明定位光环境仿真***中太阳位置算法流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种光环境仿真***中的太阳位置定位方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为便于表述，实施例部分中的前后左右上下位使用者在使用状态时所处的方位。
本方案包括一实验空间以及一设置在所述实验空间内的实验平台，所述实验平台为所述光环境仿真***的中心，所述实验空间内壁设置有若干分别与一控制单元连接的发光灯，用于模拟太阳的位置；
所述光环境仿真***中的太阳位置定位方法具体包括以下步骤：
a.获取仿真观测点的时间、位置、高度以及观测方向数据；
b.计算得出太阳的高度角和方位角；
c.计算得出该位置太阳日出高度角和日落高度角；
d.所述控制单元根据计算结果点亮相应位置的发光灯；
所述步骤b和所述步骤c不分先后顺序。
具体地，请参阅图1和图2，包括光环境仿真***实验平台1，观测位置位于实验平台1之上。在以观测实验平台1中心为光环境仿真***中心，在该中心点坐标系中，因为太阳方位角是以正北方向为0°方向，将坐标系中的y 轴方向指定为光环境仿真***的正北方向，x轴则为正东方向。还包括光环境仿真***实验室2，在实验内的内壁布满用于模拟太阳光照的光源。
定位光环境仿真***中太阳位置算法流程如下图2所示，具体步骤如下：
步骤1：计算太阳高度角和太阳方位角。根据给出的时间，观测点位置经纬度，由下式计算得到该时间、观测点位置的太阳高度角和高度方位角。
其中HS表示太阳高度角，为太阳方位角，为地理纬度，δ为太阳赤纬， t为时角。
步骤2：根据海拔高度计算该海拔高度下的日出和日落时的太阳高度。经纬度不变，随着观测点海拔高度改变，太阳高度角和太阳方位角虽不改变，但是日出角和日落角会随海拔高度发生变化。且日出角和日落角就分别等于日出时和日落时的太阳高度角。
计算方法为：
式中，h为海拔高度，为日出和日落时的太阳高度角，R为地球半径。得到海拔高度为h下日出与日落时的太阳高度角可知海拔高度h，可看见太阳时的太阳高度角变化范围从增大到最大太阳高度角，又减小至
步骤3：根据指定的方向推算模拟室内“太阳方位”。在步骤1中得到的太阳方位角是以正北为0°参考方向。在光环境仿真***中，指定观测方向K 始终沿y轴方向，当y轴方向由正北方向变指定方向K时，俯视下沿顺时针方向指定方向K与正北方向的夹角为△θ，可得在给出指定方向下的仿真实验室内的太阳方位为AS+△θ。
步骤4：根据步骤1得到的太阳高度角HS以及步骤3得到的可视太阳高度角范围判断指定位置、时间下是否可看见太阳。如果太阳高度角HS不在可视范围内，则模拟黑夜，如果太阳高度角HS在可视范围内，则根据太阳高度角HS和步骤3得到的仿真实验室内太阳方位角AS+△θ，结合仿真实验室尺寸，计算对应的仿真实验室壁的点位。
步骤5：根据步骤4得到的点位置，模拟太阳光源控制***点亮对应点位位置的光源，完成光环境仿真***的太阳位置定位。
本发明通过采用上述技术方案，根据视日轨迹追踪法，可得到任意时刻，位置下的太阳位置，解决了光环境仿真***中太阳位置的定位问题。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方案，即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种光环境仿真***中的太阳位置定位方法，其特征在于，包括一实验空间以及一设置在所述实验空间内的实验平台，所述实验平台为所述光环境仿真***的中心，所述实验空间内壁设置有若干分别与一控制单元连接的发光灯，用于模拟太阳的位置；
所述光环境仿真***中的太阳位置定位方法具体包括以下步骤：
a.获取仿真观测点的时间、位置、高度以及观测方向数据；
b.计算得出太阳的高度角和方位角；
c.计算得出该位置太阳日出高度角和日落高度角；
d.所述控制单元根据计算结果点亮相应位置的发光灯；
所述步骤b和所述步骤c不分先后顺序。
2.根据权利要求1所述的一种光环境仿真***中的太阳位置定位方法，其特征在于，所述步骤b的计算方法具体为：
其中Hs表示太阳高度角，As为太阳方位角，为地理纬度，δ为太阳赤纬，t为时角。
3.根据权利要求1所述的一种光环境仿真***中的太阳位置定位方法，其特征在于，所述步骤c的计算方法具体为：
h为海拔高度为，为日出和日落时的太阳高度角，其中R为地球半径。
4.根据权利要求1所述的一种光环境仿真***中的太阳位置定位方法，其特征在于，在所述步骤a中，以所述实验平台为原点建立一三维直角坐标系，设定y轴的方向为正北方向，以正北为0°参考方向。
5.根据权利要求4所述的一种光环境仿真***中的太阳位置定位方法，其特征在于，指定观测方向K始终沿y轴方向，当y轴方向由正北方向变为指定方向K时，俯视下沿顺时针方向指定方向K与正北方向的夹角为Δθ，可得在给出指定方向下的仿真实验室内的太阳方位为As+Δθ。
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