CN114859955B - 一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法及系统，涉及波浪滑翔器定位技术领域，该方法主要包括根据设定条件下太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和船体航向确定桅杆阴影方向，并根据桅杆阴影方向确定船体所在区域；根据设定时间段内太阳能电池板输出的电池板功率矩阵确定每时刻对应的桅杆阴影长度信息，并将最小桅杆阴影长度对应的时刻确定为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻；根据波浪滑翔器所在地太阳正午时刻和岸基端所在地太阳正午时刻确定波浪滑翔器所在地的经度，根据船体所在区域和船体姿态数据计算波浪滑翔器所在地的纬度。本发明在波浪滑翔器自身定位模块失效情况下，依然能够准确确定波浪滑翔器的位置信息。

Description

一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法及系统
技术领域
本发明涉及波浪滑翔器定位技术领域，特别是涉及一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法及系统。
背景技术
在航行过程中，波浪滑翔器因为自身GPS定位模块质量问题、定位卫星方位及信号问题使其无法定位，从而导致岸基端失去对波浪滑翔器的控制。
目前，波浪滑翔器不具备在自身GPS定位模块失效的情况下，也能够准确确认自身位置的能力，因此波浪滑翔器在自身GPS定位模块无输出位置信息的情况下，将失去有效的航向控制能力，无法控制波浪滑翔器航行至某一指定海域进行回收，造成波浪滑翔器丢失。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法及系统，在波浪滑翔器自身定位模块失效情况下，依然能够准确确定波浪滑翔器的位置信息。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法，所述波浪滑翔器至少包括船体以及设置在所述船体上的主控系统、定位模块、桅杆、太阳能电池板以及罗盘模块；所述桅杆的最长投影在所述太阳能电池板上；所述太阳能电池板包括多个电池板组件；所述基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法包括：
当所述定位模块失效时，在设定条件下获取所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵；所述电池板功率矩阵为1-0矩阵，所述电池板功率矩阵包括多个元素，所述元素表示电池板组件的发电情况，并当所述元素为1时表示所述电池板组件完全无遮挡，所述元素为0时表示所述电池板组件含有阴影遮挡；所述阴影遮挡表示所述桅杆的投影在所述电池板组件上时所产生的遮挡；所述设定条件为控制所述船体按照最大舵角的打舵指令围绕某点进行绕圈航行的条件；
根据在设定条件下所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体航向，确定桅杆阴影方向，并根据所述桅杆阴影方向确定所述船体所在区域；
获取设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵，并根据设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，确定每时刻对应的桅杆阴影长度信息；
根据每时刻对应的桅杆阴影长度信息，将最小桅杆阴影长度对应的时刻确定为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻，并根据所述波浪滑翔器所在地太阳正午时刻和岸基端所在地太阳正午时刻确定所述波浪滑翔器所在地的经度；
根据所述船体所在区域和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
可选地，所述根据所述桅杆阴影方向确定所述船体所在区域，具体包括：
若所述船体在太阳正午时刻绕圈航行期间，所述桅杆阴影方向全部指向北方，则所述船体在北半球区域；
若所述船体在太阳正午时刻绕圈航行期间，所述桅杆阴影方向有时指向南方有时指向北方，则所述船体在赤道附近区域；
若所述船体在太阳正午时刻绕圈航行期间，所述桅杆阴影方向全部指向南方，则所述船体在南半球区域。
可选地，所述根据设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，确定每时刻对应的桅杆阴影长度信息，具体包括：
根据设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵、所述罗盘模块采集的船体姿态数据和桅杆尺寸信息，采用神经网络智能算法，确定每时刻对应的桅杆阴影长度信息。
可选地，所述根据所述波浪滑翔器所在地太阳正午时刻和岸基端所在地太阳正午时刻确定所述波浪滑翔器所在地的经度，具体包括：
根据公式
Figure 301804DEST_PATH_IMAGE001
确定所述波浪滑翔器所在地的经度；
其中，La为波浪滑翔器所在地的经度，Lb为岸基端所在地的经度，ta为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻，tb为岸基端所在地太阳正午时刻。
可选地，所述根据所述船体所在区域和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度，具体包括：
根据当前日期，确定太阳直射点纬度角；所述当前日期为所述波浪滑翔器中的当前运行时的日期；
根据所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角；
根据所述太阳直射点纬度角、所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角和所述船体所在区域，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
可选地，所述根据所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角，具体包括：
根据以下公式计算所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角；
Figure 136774DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure 238722DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure 789002DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，H为桅杆高度，L为桅杆阴影长度，α为船体俯仰角度，β为太阳高度角；S为光线射程，
Figure 205071DEST_PATH_IMAGE005
为光线射程与桅杆的夹角。
可选地，所述根据所述太阳直射点纬度角、所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角和所述船体所在区域，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度，具体包括：
当岸基端与波浪滑翔器在相同半球时，根据公式
Figure 550340DEST_PATH_IMAGE006
计算所述波浪滑翔器所在地的纬度；
当岸基端与波浪滑翔器未在相同半球时，根据公式
Figure 804308DEST_PATH_IMAGE008
计算所述波浪滑翔器所在地的纬度；
其中，
Figure 211019DEST_PATH_IMAGE009
为波浪滑翔器所在地的纬度，
Figure 256466DEST_PATH_IMAGE010
为太阳直射点纬度角，
Figure 356009DEST_PATH_IMAGE011
为太阳高度角。
本发明还提供了一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位系统，所述波浪滑翔器至少包括船体以及设置在所述船体上的主控系统、定位模块、桅杆、太阳能电池板以及罗盘模块；所述桅杆的最长投影在所述太阳能电池板上；所述太阳能电池板包括多个电池板组件；所述基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位系统包括：
电池板功率矩阵确定模块，用于当所述定位模块失效时，在设定条件下获取所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵；所述电池板功率矩阵为1-0矩阵，所述电池板功率矩阵包括多个元素，所述元素表示电池板组件的发电情况，并当所述元素为1时表示所述电池板组件完全无遮挡，所述元素为0时表示所述电池板组件含有阴影遮挡；所述阴影遮挡表示所述桅杆的投影在所述电池板组件上时所产生的遮挡；所述设定条件为控制所述船体按照最大舵角的打舵指令围绕某点进行绕圈航行的条件；
船体所在区域确定模块，用于根据在设定条件下所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体航向，确定桅杆阴影方向，并根据所述桅杆阴影方向确定所述船体所在区域；
桅杆阴影长度信息确定模块，用于获取设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵，并根据设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，确定每时刻对应的桅杆阴影长度信息；
经度计算模块，用于根据每时刻对应的桅杆阴影长度信息，将最小桅杆阴影长度对应的时刻确定为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻，并根据所述波浪滑翔器所在地太阳正午时刻和岸基端所在地太阳正午时刻确定所述波浪滑翔器所在地的经度；
纬度计算模块，用于根据所述船体所在区域和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
可选地，所述经度计算模块，具体包括：
经度计算单元，用于根据公式
Figure 618232DEST_PATH_IMAGE012
确定所述波浪滑翔器所在地的经度；
其中，La为波浪滑翔器所在地的经度，Lb为岸基端所在地的经度，ta为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻，tb为岸基端所在地太阳正午时刻。
可选地，所述纬度计算模块，具体包括：
太阳直射点纬度角确定单元，用于根据当前日期，确定太阳直射点纬度角；所述当前日期为所述波浪滑翔器当前运行时的日期；
太阳高度角确定单元，用于根据所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角；
纬度计算单元，用于根据所述太阳直射点纬度角、所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角和所述船体所在区域，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法及系统，本发明的目的在于当波浪滑翔器在失去定位模块信号输出后，依然能够通过太阳能电池板输出的功率矩阵确认桅杆投影，进而依据桅杆投影与当地时间定位波浪滑翔器的经纬度，最后根据重新获得的波浪滑翔器的定位位置实现对波浪滑翔器的航向控制。本发明涉及一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法及系统也可扩展到其他与波浪滑翔器类似的小型海洋移动观测平台上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有波浪滑翔器基于自身定位模块的常态航行图；
图2为本发明基于波浪滑翔器围绕设定点进行的虚拟锚泊示意图；
图3为本发明基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法的流程图；
图4为本发明波浪滑翔器中太阳能电池板与桅杆的阴影遮挡关系图；
图5为本发明船体所在区域确定方法的流程图；
图6为本发明船体桅杆与太阳高度角的关系图；
图7为本发明波浪滑翔器纬度获取原理图；
图8为本发明基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位系统的流程图；
图9为本发明基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位系统的逻辑图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
波浪滑翔器包括波浪滑翔器船体（以下简称船体）、位于船体上的太阳能电池板、固定于船体上的桅杆、控制系统舱体和电源舱体；其中，控制系统舱体包含主控系统、时钟模块、罗盘模块、定位模块及卫星通讯模块。
本实施例所述的太阳能电池板采用特殊工艺制成，太阳能电池板上的每个电池板组件均具有独立编号，如A0、A1、A2等，并且每个电池板组件能够根据辐照面积单独输出该电池板组件的发电功率1或0；其中1代表电池板组件完全无遮挡，0代表电池板组件含有阴影遮挡，岸基端可根据卫星通讯模块发回来的电池板功率矩阵（该矩阵表示各个电池板组件的发电情况）确定当前固定于船体上的桅杆在太阳能电池板上的阴影情况。
本实施例所述的桅杆为各种以杆类形式集成在船体上的传感器，该桅杆可以根据日照方向在太阳能电池板上产生阴影。
本实施例所述的主控系统可以根据自身算法对船体进行控制，也可根据岸基端发送的最新指令进行更改配置；时钟模块可以获取船体当前的时间，对所有采集到的数据标识上时间；罗盘模块可以获取当前船体的航向及姿态数据；卫星通讯模块可以将波浪滑翔器所有相关数据通过卫星通讯的方式传回至岸基端，同时岸基端也可通过卫星通讯模块控制波浪滑翔器的运行。
图1为现有波浪滑翔器基于自身定位模块的常态航行图。如图1所示，波浪滑翔器在某一海域航行时，船体会随波浪产生摇晃运动，同时固定于船体上的桅杆在太阳能电池板上产生阴影。
图2为本发明基于波浪滑翔器围绕设定点进行的虚拟锚泊示意图，其中，在波浪滑翔器自身定位模块失去功能后，波浪滑翔器的主控系统将发送最大舵角45°的打舵指令使波浪滑翔器围绕某点进行绕圈航行。在波浪滑翔器进行绕圈航行时，桅杆所产生的投影会在太阳能电池板上产生变化，主控系统根据罗盘模块确认船体方向，同时根据太阳能电池板输出的电池板功率矩阵确认桅杆阴影方向，最后根据桅杆阴影方向确定波浪滑翔器所在区域，即在南半球还是在北半球。
鉴于此，本实施例提供了如图3所示的一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法；本实施例涉及的所述波浪滑翔器至少包括船体以及设置在所述船体上的主控系统、定位模块、桅杆、太阳能电池板以及罗盘模块；所述桅杆的最长投影在所述太阳能电池板上；所述太阳能电池板包括多个电池板组件。
所述基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法，包括：
步骤100：当所述定位模块失效时，在设定条件下获取所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵；所述电池板功率矩阵为1-0矩阵，所述电池板功率矩阵包括多个元素，所述元素表示电池板组件的发电情况，并当所述元素为1时表示所述电池板组件完全无遮挡，所述元素为0时表示所述电池板组件含有阴影遮挡；所述阴影遮挡表示所述桅杆的投影在所述电池板组件上时所产生的遮挡；所述设定条件为控制所述船体按照最大舵角的打舵指令围绕某点进行绕圈航行的条件。
步骤200：根据在设定条件下所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体航向，确定桅杆阴影方向，并根据所述桅杆阴影方向确定所述船体所在区域。其中，若所述船体在太阳正午时刻绕圈航行期间，所述桅杆阴影方向全部指向北方，则所述船体在北半球区域；若所述船体在太阳正午时刻绕圈航行期间，所述桅杆阴影方向有时指向南方有时指向北方，则所述船体在赤道附近区域；若所述船体在太阳正午时刻绕圈航行期间，所述桅杆阴影方向全部指向南方，则所述船体在南半球区域。
一个示例为：
图4为本发明波浪滑翔器中太阳能电池板与桅杆的阴影遮挡关系图。当波浪滑翔器在某一海域航行时，太阳能电池板上的桅杆投影如图4所示，其中，桅杆长度不宜过长或过短，需保证桅杆的最长投影在太阳能电池板上。
以含有面积为0.6m×0.5m的太阳能电池板，高度为0.6m直径为0.05m的桅杆的波浪滑翔器为例，其中，太阳能电池板为6×6个电池板组件，每个电池板组件均可以独立将功率信号，即发电情况发送给主控系统，由于电池板组件对光照感应灵敏，当电池板组件中出现阴影时，该电池板组件的功率将会急速衰减并趋于无功率，主控系统将无功率电池板组件记为0。
在某一海域8月30日上午10：00的投影如图4所示，其中，太阳能电池板上的A0、A1、B1、C1、C2、D1、D2、E2有桅杆阴影，太阳能电池板的发电能力不足，此时主控系统通过采集该太阳能电池板的功率信号来确定该太阳能电池板的电池板功率矩阵，具体如下。
Figure 766317DEST_PATH_IMAGE013
。
接着主控系统或者岸基端根据太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和罗盘模块采集的船体航向，确定桅杆阴影方向，并根据桅杆阴影方向确定船体所在区域。其中，船体所在区域的确定流程具体参见图5。
步骤300：获取设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵，并根据设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，确定每时刻对应的桅杆阴影长度信息，具体为：
主控系统或者岸基端根据设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵、所述罗盘模块采集的船体姿态数据和桅杆尺寸信息，采用神经网络智能算法，确定每时刻对应的桅杆阴影长度信息。其中，该桅杆尺寸信息包括桅杆的长度和直径。
步骤400：根据每时刻对应的桅杆阴影长度信息，将最小桅杆阴影长度对应的时刻确定为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻，并根据所述波浪滑翔器所在地太阳正午时刻和岸基端所在地太阳正午时刻确定所述波浪滑翔器所在地的经度。
一个示例为：
主控系统或者岸基端先根据一天中桅杆阴影长度最短的时刻确定为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻（投影长度最短时刻即为太阳正午时刻），然后根据所述波浪滑翔器所在地太阳正午时刻和岸基端所在地太阳正午时刻确定所述波浪滑翔器所在地的经度。其中，主控系统或者岸基端通过卫星通讯模块传输该太阳正午时刻信息。
按下式确定所述波浪滑翔器所在地的经度。
Figure 931850DEST_PATH_IMAGE014
；
式中：La为波浪滑翔器所在地的经度，Lb为岸基端所在地的经度，ta为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻，tb为岸基端所在地太阳正午时刻。
例如波浪滑翔器所在地太阳正午时刻为13：10，青岛岸基端的太阳正午时刻为12：00，青岛岸基端的经纬度已知为（120°E，40°N），因此波浪滑翔器所在地的经度为（120°+70/60*15=137.5°E）。
步骤500：根据所述船体所在区域和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度，具体为：
根据当前日期，确定太阳直射点纬度角；所述当前日期为所述波浪滑翔器当前运行时的日期。
根据所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角。
根据所述太阳直射点纬度角、所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角和所述船体所在区域，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
一个示例为：
如图6所示，主控系统或者岸基端根据罗盘模块反馈的船体姿态数据，运用如下三角函数计算所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角β。
Figure 202294DEST_PATH_IMAGE002
Figure 972321DEST_PATH_IMAGE015
Figure 189676DEST_PATH_IMAGE016
式中：H为桅杆高度（已知值），L为桅杆阴影长度（主控系统根据功率矩阵得出阴影长度，已知值），α为船体俯仰角度（船体罗盘模块测得，已知值），β为太阳高度角；S为光线射程，
Figure 68770DEST_PATH_IMAGE017
为光线射程与桅杆的夹角。
根据太阳光南北直射规律和当前日期，确定太阳直射点所在纬度（太阳直射点纬度角）。
如图7所示，主控系统或者岸基端可根据以下函数关系推算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
当岸基端与波浪滑翔器在相同半球时，根据公式
Figure 228225DEST_PATH_IMAGE018
计算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
当岸基端与波浪滑翔器未在相同半球时，根据公式
Figure 950193DEST_PATH_IMAGE008
计算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
其中，
Figure 581026DEST_PATH_IMAGE009
为波浪滑翔器所在地的纬度，
Figure 222616DEST_PATH_IMAGE010
为太阳直射点纬度角，
Figure 569284DEST_PATH_IMAGE011
为太阳高度角。
例如：以8月30日太阳光直射点为青岛岸基为例进行说明，青岛岸基端纬度为40°N，当前波浪滑翔器所在位置正午太阳高度角β为15°，当前太阳直射点纬度
Figure 998123DEST_PATH_IMAGE010
为40°，因此当前波浪滑翔器所在地的纬度
Figure 88438DEST_PATH_IMAGE009
为35°N。
主控系统将计算所得当前波浪滑翔器的经纬度位置数据通过卫星通信模块传回给岸基端，岸基端根据反馈回的位置数据对失去GPS数据的波浪滑翔器进行航向导航；或者岸基端直接根据计算确定的当前波浪滑翔器的经纬度位置数据对失去GPS数据的波浪滑翔器进行航向导航。
实施例二
为实现上述目的，本发明还提供了一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位系统。所述波浪滑翔器至少包括船体以及设置在所述船体上的主控系统、定位模块、桅杆、太阳能电池板以及罗盘模块；所述桅杆的最长投影在所述太阳能电池板上；所述太阳能电池板包括多个电池板组件；所述基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位系统如图8和9所示，包括：
电池板功率矩阵确定模块1，用于当所述定位模块失效时，在设定条件下获取所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵；所述电池板功率矩阵为1-0矩阵，所述电池板功率矩阵包括多个元素，所述元素表示电池板组件的发电情况，并当所述元素为1时表示所述电池板组件完全无遮挡，所述元素为0时表示所述电池板组件含有阴影遮挡；所述阴影遮挡表示所述桅杆的投影在所述电池板组件上时所产生的遮挡；所述设定条件为控制所述船体按照最大舵角的打舵指令围绕某点进行绕圈航行的条件。
船体所在区域确定模块2，用于根据在设定条件下所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体航向，确定桅杆阴影方向，并根据所述桅杆阴影方向确定所述船体所在区域。
桅杆阴影长度信息确定模块3，用于获取设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵，并根据设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，确定每时刻对应的桅杆阴影长度信息。
经度计算模块4，用于根据每时刻对应的桅杆阴影长度信息，将最小桅杆阴影长度对应的时刻确定为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻，并根据所述波浪滑翔器所在地太阳正午时刻和岸基端所在地太阳正午时刻确定所述波浪滑翔器所在地的经度。
纬度计算模块5，用于根据所述船体所在区域和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
进一步地，所述经度计算模块4，具体包括：
经度计算单元，用于根据公式
Figure 581605DEST_PATH_IMAGE019
确定所述波浪滑翔器所在地的经度。
其中，La为波浪滑翔器所在地的经度，Lb为岸基端所在地的经度，ta为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻，tb为岸基端所在地太阳正午时刻。
进一步地，所述纬度计算模块5，具体包括：
太阳直射点纬度角确定单元，用于根据当前日期，确定太阳直射点纬度角；所述当前日期为所述波浪滑翔器当前运行时的日期。
太阳高度角确定单元，用于根据所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角。
纬度计算单元，用于根据所述太阳直射点纬度角、所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角和所述船体所在区域，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
虽然阴天和波浪溅起的浪花等会对电池板组件的发电功率产生影响，但是跟桅杆对电池板组件的阴影遮挡是不同的，电池板组件的阴影遮挡使得被遮挡部分近乎无阳光辐射，而阴天和浪花只是会相对降低辐照度，但是不会使得电池板组件无阳光辐射，所以针对阴天和浪花等情况，可以根据适当的调节额定输出功率，就可以排除阴天和浪花等产生的影响。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法，其特征在于，所述波浪滑翔器至少包括船体以及设置在所述船体上的主控系统、定位模块、桅杆、太阳能电池板以及罗盘模块；所述桅杆的最长投影在所述太阳能电池板上；所述太阳能电池板包括多个电池板组件；所述基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法包括：
当所述定位模块失效时，在设定条件下获取所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵；所述电池板功率矩阵为1-0矩阵，所述电池板功率矩阵包括多个元素，所述元素表示电池板组件的发电情况，并当所述元素为1时表示所述电池板组件完全无遮挡，所述元素为0时表示所述电池板组件含有阴影遮挡；所述阴影遮挡表示所述桅杆的投影在所述电池板组件上时所产生的遮挡；所述设定条件为控制所述船体按照最大舵角的打舵指令围绕某点进行绕圈航行的条件；
根据在设定条件下所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体航向，确定桅杆阴影方向，并根据所述桅杆阴影方向确定所述船体所在区域；
获取设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵，并根据设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，确定每时刻对应的桅杆阴影长度信息；
根据每时刻对应的桅杆阴影长度信息，将最小桅杆阴影长度对应的时刻确定为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻，并根据所述波浪滑翔器所在地太阳正午时刻和岸基端所在地太阳正午时刻确定所述波浪滑翔器所在地的经度；
根据所述船体所在区域和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法，其特征在于，所述根据所述桅杆阴影方向确定所述船体所在区域，具体包括：
若所述船体在太阳正午时刻绕圈航行期间，所述桅杆阴影方向全部指向北方，则所述船体在北半球区域；
若所述船体在太阳正午时刻绕圈航行期间，所述桅杆阴影方向有时指向南方有时指向北方，则所述船体在赤道附近区域；
若所述船体在太阳正午时刻绕圈航行期间，所述桅杆阴影方向全部指向南方，则所述船体在南半球区域。
3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法，其特征在于，所述根据设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，确定每时刻对应的桅杆阴影长度信息，具体包括：
根据设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵、所述罗盘模块采集的船体姿态数据和桅杆尺寸信息，采用神经网络智能算法，确定每时刻对应的桅杆阴影长度信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法，其特征在于，所述根据所述波浪滑翔器所在地太阳正午时刻和岸基端所在地太阳正午时刻确定所述波浪滑翔器所在地的经度，具体包括：
根据公式
Figure 976956DEST_PATH_IMAGE001
确定所述波浪滑翔器所在地的经度；
其中，La为波浪滑翔器所在地的经度，Lb为岸基端所在地的经度，ta为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻，tb为岸基端所在地太阳正午时刻。
5.根据权利要求1所述的一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法，其特征在于，所述根据所述船体所在区域和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度，具体包括：
根据当前日期，确定太阳直射点纬度角；所述当前日期为所述波浪滑翔器当前运行时的日期；
根据所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角；
根据所述太阳直射点纬度角、所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角和所述船体所在区域，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
6.根据权利要求5所述的一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法，其特征在于，所述根据所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角，具体包括：
根据以下公式计算所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角；
Figure 226188DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure 271505DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure 276501DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，H为桅杆高度，L为桅杆阴影长度，α为船体俯仰角度，β为太阳高度角；S为光线射程，
Figure 887611DEST_PATH_IMAGE005
为光线射程与桅杆的夹角。
7.根据权利要求5所述的一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位方法，其特征在于，所述根据所述太阳直射点纬度角、所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角和所述船体所在区域，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度，具体包括：
当岸基端与波浪滑翔器在相同半球时，根据公式
Figure 444494DEST_PATH_IMAGE006
计算所述波浪滑翔器所在地的纬度；
当岸基端与波浪滑翔器未在相同半球时，根据公式
Figure 757533DEST_PATH_IMAGE007
计算所述波浪滑翔器所在地的纬度；
其中，
Figure 549908DEST_PATH_IMAGE008
为波浪滑翔器所在地的纬度，
Figure 953208DEST_PATH_IMAGE009
为太阳直射点纬度角，
Figure 494042DEST_PATH_IMAGE010
为太阳高度角。
8.一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位系统，其特征在于，所述波浪滑翔器至少包括船体以及设置在所述船体上的主控系统、定位模块、桅杆、太阳能电池板以及罗盘模块；所述桅杆的最长投影在所述太阳能电池板上；所述太阳能电池板包括多个电池板组件；所述基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位系统包括：
电池板功率矩阵确定模块，用于当所述定位模块失效时，在设定条件下获取所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵；所述电池板功率矩阵为1-0矩阵，所述电池板功率矩阵包括多个元素，所述元素表示电池板组件的发电情况，并当所述元素为1时表示所述电池板组件完全无遮挡，所述元素为0时表示所述电池板组件含有阴影遮挡；所述阴影遮挡表示所述桅杆的投影在所述电池板组件上时所产生的遮挡；所述设定条件为控制所述船体按照最大舵角的打舵指令围绕某点进行绕圈航行的条件；
船体所在区域确定模块，用于根据在设定条件下所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体航向，确定桅杆阴影方向，并根据所述桅杆阴影方向确定所述船体所在区域；
桅杆阴影长度信息确定模块，用于获取设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵，并根据设定时间段内所述太阳能电池板输出的电池板功率矩阵和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，确定每时刻对应的桅杆阴影长度信息；
经度计算模块，用于根据每时刻对应的桅杆阴影长度信息，将最小桅杆阴影长度对应的时刻确定为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻，并根据所述波浪滑翔器所在地太阳正午时刻和岸基端所在地太阳正午时刻确定所述波浪滑翔器所在地的经度；
纬度计算模块，用于根据所述船体所在区域和所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
9.根据权利要求8所述的一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位系统，其特征在于，所述经度计算模块，具体包括：
经度计算单元，用于根据公式
Figure 107426DEST_PATH_IMAGE011
确定所述波浪滑翔器所在地的经度；
其中，La为波浪滑翔器所在地的经度，Lb为岸基端所在地的经度，ta为波浪滑翔器所在地太阳正午时刻，tb为岸基端所在地太阳正午时刻。
10.根据权利要求8所述的一种基于太阳能电池板的波浪滑翔器定位系统，其特征在于，所述纬度计算模块，具体包括：
太阳直射点纬度角确定单元，用于根据当前日期，确定太阳直射点纬度角；所述当前日期为所述波浪滑翔器当前运行时的日期；
太阳高度角确定单元，用于根据所述罗盘模块采集的船体姿态数据，计算所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角；
纬度计算单元，用于根据所述太阳直射点纬度角、所述波浪滑翔器所在地的太阳高度角和所述船体所在区域，计算所述波浪滑翔器所在地的纬度。
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