CN105488347B - 一种太阳真方位获取系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳真方位获取系统及方法，其中系统包括输入显示模块、配置模块以及计算模块；输入显示模块，配置有用户输入区和结果显示区，用户输入区包括各输入指示单元和各自对应的输入数据单元，结果显示区包括各结果指示单元和各自对应的结果数据单元；配置模块，根据各结果指示单元中的信息配置对应结果数据单元的运算规则；运算模块，调用各结果数据单元配置的对应运算规则，并根据对应输入数据单元中输入的数据进行运算，将结果显示在对应的结果数据单元中。本发明不需要人工进行计算便可方便地获取太阳真方位值，提高了效率，减少了劳动量。

Description

一种太阳真方位获取系统及方法

技术领域

本发明涉及航海或航空技术领域，具体涉及一种太阳真方位获取系统及方法，其可适用于船舶电罗经和磁罗经校正的航向误差校正。

背景技术

目前，对于船舶电罗经与磁罗经航向误差的校正有以下两种方法：

第一种：电罗经在航试到叠标区域通过瞄叠标校正航向误差，磁罗经通过航试到开阔的海域进行自转360°并在四个主航向和相邻两个象限航向上进行消除航向误差。这种方法成本高，用时也很长，同时受天气海况等的影响。

第二种：电罗经和磁罗经均可通过太阳真方位法(太阳真方位主要包括太阳方位角和太阳高度)进行校正航向误差，这种方法在船舶停靠码头的状态下就可以完成，而且校正过程时间仅仅与校正人员的熟练程度以及天气有关。但是这种方法存在以下两个问题：1、太阳真方位校正需要有效的“太阳方位表”，一般只有海军部队中才可以找到，而且每本“太阳方位表”都有一定的使用年限；在计算太阳真方位过程中，需计算“视时”、“磁偏角”等等参数，用户既要查表又要计算，且计算比较复杂，很容易出现错误。

发明内容

本发明的主要目的在于，提出一种能够长期使用的太阳真方位获取系统，用户不需要自己计算便能方便地获取太阳真方位值。

本发明提出的太阳真方位获取系统，其包括输入显示模块、配置模块以及计算模块；

输入显示模块，配置有用户输入区和结果显示区，所述用户输入区包括各输入指示单元和各自对应的输入数据单元，所述结果显示区包括各结果指示单元和各自对应的结果数据单元；所述输入指示单元包括：观测点日期单元、观测点时间单元、观测点纬度单元、观测点经度单元以及参考经度单元，所述输入数据单元用于供用户输入数据；结果指示单元包括：太阳方位角单元、太阳高度单元、太阳赤纬单元以及真实时间单元，所述结果数据单元用于显示运算后的数据；

配置模块，根据各结果指示单元中的信息配置对应结果数据单元的运算规则；所述运算规则中的运算参数与所述输入指示单元中的信息关联，运算参数取值对应输入数据单元中输入的数据；

运算模块，调用各结果数据单元配置的对应运算规则，并根据对应输入数据单元中输入的数据进行运算，将结果显示在对应的结果数据单元中。

在本发明的进一步优选方案中，所述真实时间单元对应的结果数据单元配置的运算规则为以下公式(1)：

T＝T₀+Δλ×4min/° (1)

T为真实时间，T₀为观测点时间；Δλ为观测点与太阳直射点的经度差，且Δλ＝λ₀-λ₁，λ₁为观测点经度，λ₀为太阳直射点经度，且λ₂为参考经度。

在本发明的进一步优选方案中，太阳方位角单元对应的结果数据单元配置的运算规则为以下公式(2)：

A为太阳方位角；为观测点纬度；为太阳赤纬。

在本发明的进一步优选方案中，公式(2)通过建立观测点、北极点与太阳直射点三者在地球上的球面三角关系而获得。

在本发明的进一步优选方案中，太阳高度单元对应的结果数据单元配置的运算规则为以下公式(3)：

h为太阳高度。

在本发明的进一步优选方案中，太阳赤纬单元对应的结果数据单元配置的运算规则为以下公式(3)：

b为日角，且b＝360N/365，N为从每年1月1日至观测点日期所经历的日数。

在本发明的进一步优选方案中，结果指示单元包括：太阳方向单元、日出时间单元以及日落时间单元。

在本发明的进一步优选方案中，所述太阳方向单元对应的结果数据单元配置的运算规则用于确定太阳方向，所述太阳方向基于观测点经度、观测点纬度对应与太阳直射点经度、太阳直射点纬度的比较而确定；

所述日出时间单元、日落时间单元对应的结果数据单元配置的运算规则分别用于运算日出时间、日落时间；所述日出时间和日落时间基于公式(3)中太阳高度取零值运算而得。

在本发明的进一步优选方案中，还包括中间运算模块，所述中间运算模块配置有重要参数区、常数区以及中间换算区。

此外，本发明还相应提出了一种太阳真方位获取方法，其基于上述任一方案的太阳真方位获取系统，并包括以下步骤：

A1、接收用户基于各输入指示单元的信息在对应输入数据单元中输入的数据；

A2、调用各结果数据单元配置的对应运算规则，并根据对应输入数据单元中输入的数据进行运算，将结果显示在对应的结果数据单元中。

本发明至少具备以下有益效果：

1、用户只需要对应输入观测点日期、观测点时间、观测点纬度、观测点经度以及参考经度，便可得到太阳方位角和太阳高度等太阳真方位值，而不需要人工进行计算，提高了效率，减少了劳动量。

2、本发明的太阳真方位获取系统可以当作一本可供长期使用“太阳方位表”，不受使用年限的限制。

附图说明

图1是实施例一提出的一种太阳真方位获取系统的模块化结构示意图。

图2是图1中输入显示模块的实施样例示图。

图3是图1中配置模块所配置的太阳方位角计算公式推导原理图。

图4是图1中中间运算模块的重要参数区实施样例示图。

图5是图1中中间运算模块的常数区实施样例示图。

图6是图1中中间运算模块的中间换算区实施样例示图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步描述。

实施例一

请一并参阅图1至图6，本实施例提出的一种太阳真方位获取系统，如图1所示，其包括输入显示模块10、配置模块20以及计算模块30。

输入显示模块10，如图2所示，配置有用户输入区和结果显示区，所述用户输入区包括各输入指示单元和各自对应的输入数据单元；所述输入指示单元包括：观测点日期单元、观测点时间单元、观测点纬度单元、观测点经度单元以及参考经度单元，所述输入数据单元用于供用户输入数据；所述结果显示区包括各结果指示单元和各自对应的结果数据单元；结果指示单元包括：太阳方位角单元、太阳高度单元、太阳赤纬单元以及真实时间单元，当然，根据需要还可进一步包括图2所示的太阳方向单元、日出时间单元以及日落时间单元等，所述结果数据单元用于显示运算后的数据，例如图2中太阳方位角单元下方的结果数据单元中的数据119.41°即为(经运算模块30运算后显示出来的)太阳方位角的角度。

图2中，观测点日期单元下方对应的输入数据单元用于输入进行观测的具体日期，以航海为例，也即在船舶上进行观测的日期，例如“2014-10-14”；观测点时间单元下方对应的输入数据单元用于输入观测时的具体时间，即具体的时、分、秒，例如“15：30：00”(但该时间通常并非真实时间，因此结果指示单元中设置有修正后的真实时间单元)；观测点纬度单元下方对应的输入数据单元用于输入定位设备例如船舶上GPS设备测得的当前船舶所处的纬度；观测点经度单元下方对应的输入数据单元用于输入定位设备例如船舶上GPS设备测得的当前船舶所处的经度；参考经度单元下方对应的输入数据单元用于输入船舶上使用的时间对应时区的经度，例如本实施例使用北京时间对应的经度即120°。

图2中，太阳方位角单元下方的结果数据单元中显示的数据为校正磁罗经和电罗经航向误差所需的太阳方位角真值，取值范围0度至360度。太阳方向单元下方的结果数据单元中显示的内容为粗略的太阳方向；太阳高度单元下方的结果数据单元中显示的数据为观测点直视太阳的仰角角度；太阳赤纬单元下方的结果数据单元中显示的数据为观测当天太阳直射地球纬度；真实时间单元下方的结果数据单元中显示的数据为修正后的观测地真实时间；日出时间单元下方的结果数据单元中显示的数据为日出时的时区时间；日落时间单元下方的结果数据单元中显示的数据为日落时的时区时间。

配置模块20，根据各结果指示单元中的信息配置对应结果数据单元的运算规则；所述运算规则中的运算参数与所述输入指示单元中的信息关联，运算参数取值对应输入数据单元中输入的数据。

以图2配置太阳方位角对应结果数据单元的运算规则为例：太阳方位角单元中的信息是“太阳方位角°”，因此其(下方)对应结果数据单元中配置的运算规则用于运算出太阳方位角，本实施例中该运算规则具体是指太阳方位角计算公式，即在太阳方位角单元(下方)对应结果数据单元中配置太阳方位角计算公式。同时，该太阳方位角计算公式的运算参数与输入指示单元中的观测点日期单元、观测点时间单元、观测点纬度单元、观测点经度单元以及参考经度单元中至少一者(根据具体运算规则而定)关联，因此可结合输入指示单元对应的输入数据单元的数据(也即运算参数值)，计算出太阳方位角。

运算模块30，调用各结果数据单元配置的对应运算规则，并根据对应输入数据单元中输入的数据进行运算，将结果显示在对应的结果数据单元中。

各结果数据单元中显示的结果如图2所示，例如太阳方位角为119.41°，太阳方向为西南，太阳高度为35.29°，太阳赤纬为-8.17°，真实时间为15：03：40，日出时间为6：14：02，日落时间为17：45：58；其中太阳方位角和太阳高度是太阳真方位获取的两个主要对象。

以下介绍各运算规则的优选方案：

1、所述真实时间单元对应的结果数据单元配置的运算规则为以下公式(1)：

T＝T₀+Δλ×4min/° (1)

T为真实时间，T₀为观测点时间；Δλ为观测点与太阳直射点的经度差，且Δλ＝λ₀-λ₁，λ₁为观测点经度，λ₀为太阳直射点经度，且λ₂为参考经度。

公式(1)是根据“地球自转一周360°，对应的时间为24小时，即每小时相应的时角为15度，每4min的时角为1度”而获得；λ₀的计算公式中(12-T₀)即计算观测点时间与中午12点(太阳直射时间)的时间差。

2、太阳方位角单元对应的结果数据单元配置的运算规则为以下公式(2)：

A为太阳方位角；为观测点纬度；为太阳赤纬。

请参阅图3，公式(2)通过建立观测点、北极点与太阳直射点三者在地球上的球面三角关系而获得,其不需要查表且计算起来较为简化。

根据太阳方位角概念可知：在图3中，太阳方位角A是过船位W点的大圆弧切线与真北线在地平面上的夹角。由于在地球上各经线均向两级收敛，同一大圆弧上各点的太阳方位角不等，因此，大圆弧不是太阳方位船位线。在球面三角形P_NWP中，根据余切定理可得：

整理后可得到上述太阳方位角A的计算公式：

4、太阳高度单元对应的结果数据单元配置的运算规则为以下公式(3)：

h为太阳高度。

5、太阳赤纬单元对应的结果数据单元配置的运算规则为以下公式(3)：

b为日角，且b＝360N/365，N为从每年1月1日至观测点日期所经历的日数。

6、太阳方向单元对应的结果数据单元配置的运算规则用于确定太阳方向，该太阳方向基于观测点经度、观测点纬度对应与太阳直射点经度、太阳直射点纬度的比较而确定。

例如：观测点经度大于太阳直射点经度，且观测点纬度大于太阳直射点纬度，则太阳方向为西南；观测点经度大于太阳直射点经度，且观测点纬度小于太阳直射点纬度，则太阳方向为西北；观测点经度小于太阳直射点经度，且观测点纬度大于太阳直射点纬度，则太阳方向为东南；观测点经度小于太阳直射点经度，且观测点纬度小于太阳直射点纬度，则太阳方向为东北；以此类推。

7、日出时间单元、日落时间单元对应的结果数据单元配置的运算规则分别用于运算日出时间、日落时间；所述日出时间和日落时间基于公式(3)中太阳高度取零值运算而得。

当公式(3)中，h为0时，对应日出和日落，可根据各参数(观测点纬度太阳赤纬经度差Δλ＝λ₀-λ₁、)之间的换算及联系结合具体情况(取值的正负)判断得出日出时间和日落时间。

在本实施例的进一步优选方案中，还包括中间运算模块40，请参阅图4至图6，所述中间运算模块40配置有重要参数区、常数区以及中间换算区。

重要参数区是将计算中需要引用的中间参数和具有现实意义的参数集中记录。常数区是将计算中需要引用的参数列出供计算使用。中间换算区是对计算中涉及时间单位、数据正负号、弧度角度换算问题进行处理的区域。

常数区与重要参数区二者参数的区别在于，常数区是将需要多处引用的参数集中放置，而重要参数区是将单项计算所有参数集中放置。比如太阳赤纬计算需要知道观测点日期(即进行观测的日期)，日数N，日角b这三个参数，而日数N需要知道积日计算起始日期。由此这一行重要参数便可确定。

中间换算区用于在计算过程中实现数据转换，例如将时间由26.336分转换为26分20秒，以及将负3小时3分40秒的时差转化为-45.917经度差。具体方法为取整数，余下的乘以相应因数转换单位，并进一步保留整数。最终转换单位。

重要参数区、常数区以及中间换算区三者的应用举例如下：

1、重要参数区中的观测经度113.416°以及经差时间-26.336min与常数区中的参考经度120°的运算关系为：

(113.416°-120°)×4min/°＝-26.336min。

2、重要参数区中观测点时间15：30：00与中间换算区(“真实时间计算”)的修正经度差后时间15：03：40的运算关系为：

-26.336min＝-(26min+20s)

15：30：00-(26min+20s)＝15：03：40

重要参数区中的观测经度113.416°以及经差时间-26.336min与常数区中的参考经度120°的运算关系为：(113.416°-120°)×4min/°＝-26.336min。

3、重要参数区中的真实时间15：03：40与常数区中的正午时间12：00：00及中间换算区(“经度差计算”)的与正午时差3：03：40的运算关系为：

15：03：40-12：00：00＝3：03：40

重要参数区、常数区以及中间换算区三者中的参数的运算关系均可结合上述介绍的计算公式及逻辑进行理解，这里不再赘述。

实施例二

本实施例主要是在实施例一的基础上提出一种太阳真方位获取方法，其包括以下步骤：

A1、接收用户基于各输入指示单元的信息在对应输入数据单元中输入的数据。

A2、调用各结果数据单元配置的对应运算规则，并根据对应输入数据单元中输入的数据进行运算，将结果显示在对应的结果数据单元中。

实施例二中涉及的技术方案可结合实施例一进行理解，这里不再赘述。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种太阳真方位获取系统，其特征在于，包括输入显示模块、配置模块以及计算模块；

输入显示模块，配置有用户输入区和结果显示区，所述用户输入区包括各输入指示单元和各自对应的输入数据单元，所述结果显示区包括各结果指示单元和各自对应的结果数据单元；所述输入指示单元包括：观测点日期单元、观测点时间单元、观测点纬度单元、观测点经度单元以及参考经度单元，所述输入数据单元用于供用户输入数据；结果指示单元包括：太阳方位角单元、太阳高度单元、太阳赤纬单元以及真实时间单元，所述结果数据单元用于显示运算后的数据；

配置模块，根据各结果指示单元中的信息配置对应结果数据单元的运算规则；所述运算规则中的运算参数与所述输入指示单元中的信息关联，运算参数取值对应输入数据单元中输入的数据；

运算模块，调用各结果数据单元配置的对应运算规则，并根据对应输入数据单元中输入的数据进行运算，将结果显示在对应的结果数据单元中；

所述真实时间单元对应的结果数据单元配置的运算规则为以下公式(1)：

T＝T₀+Δλ×4min/° (1)

T为真实时间，T₀为观测点时间；Δλ为观测点与太阳直射点的经度差，且Δλ＝λ₀-λ₁，λ₁为观测点经度，λ₀为太阳直射点经度，且λ₂为参考经度。

2.根据权利要求1所述的太阳真方位获取系统，其特征在于，太阳方位角单元对应的结果数据单元配置的运算规则为以下公式(2)：

A为太阳方位角；为观测点纬度；为太阳赤纬。

3.根据权利要求2所述的太阳真方位获取系统，其特征在于，公式(2)通过建立观测点、北极点与太阳直射点三者在地球上的球面三角关系而获得。

4.根据权利要求3所述的太阳真方位获取系统，其特征在于，太阳高度单元对应的结果数据单元配置的运算规则为以下公式(3)：

h为太阳高度。

5.根据权利要求4所述的太阳真方位获取系统，其特征在于，太阳赤纬单元对应的结果数据单元配置的运算规则为以下公式(4 )：

b为日角，且b＝360N/365，N为从每年1月1日至观测点日期所经历的日数。

6.根据权利要求5所述的太阳真方位获取系统，其特征在于，结果指示单元包括：太阳方向单元、日出时间单元以及日落时间单元。

7.根据权利要求6所述的太阳真方位获取系统，其特征在于，所述太阳方向单元对应的结果数据单元配置的运算规则用于确定太阳方向，所述太阳方向基于观测点经度、观测点纬度对应与太阳直射点经度、太阳直射点纬度的比较而确定；

所述日出时间单元、日落时间单元对应的结果数据单元配置的运算规则分别用于运算日出时间、日落时间；所述日出时间和日落时间基于公式(3)中太阳高度取零值运算而得。

8.根据权利要求1至7任一项所述的太阳真方位获取系统，其特征在于，还包括中间运算模块，所述中间运算模块配置有重要参数区、常数区以及中间换算区。

9.一种太阳真方位获取方法，其特征在于，基于权利要求1至权利要求8任一项所述的太阳真方位获取系统，包括以下步骤：

A1、接收用户基于各输入指示单元的信息在对应输入数据单元中输入的数据；

A2、调用各结果数据单元配置的对应运算规则，并根据对应输入数据单元中输入的数据进行运算，将结果显示在对应的结果数据单元中。