基于日晷原理的太阳影子定位实现 (1).docx

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1、总第３１７期计算机与数字工程Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．３２０１６年第３期Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆ＤｉｇｉｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ３９３＊基于日晷原理的太阳影子定位实现吴俊斌吴晟吴兴蛟（昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明６５０５００）摘要论文基于古代日晷的原理，实现太阳影子定位。根据天文学理论，计算太阳高度角、方位角以及阴影形成原理，计算日出至日落之间各时刻晷针在晷面上的影子长度和方位角，进而得到太阳影子与经纬度的函数关系，在反推求解的过程中，通过最小二乘法得到当地正午时刻的影子长度和北京时间，再根据得到的经纬度与影子的函数关系，进行求解。文章使用Ｊａｖａ程序进行仿真模拟，得出经度以及纬度之后进行

2、验证。得知该实现具有可行性。关键词影子定位；日晷投影原理；最小二乘法；Ｊａｖａ仿真中图分类号Ｇ６２４．６ＤＯＩ：１０．３９６９／．ｉｓｓｎ．１６７２９７２２．２０１６．０３．００２ｊ－ＳｕｎＳｈａｄｏｗＰｏｓｉｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＳｕｎｄｉａｌＷＵＪｕｎｂｉｎＷＵＳｈｅｎｇＷＵＸｉｎｇｊｉａｏ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５０５００）ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅａｎｃｉｅｎｔｓｕｎｄｉａｌ，

3、ｔｈｒｏｕｔｈｔｈｅｓｈａｄｏｗｏｆｔｈｅｓｕｎｔｏａｃｈｉｅｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆａｓｔｒｏｎｏｍｙ，ｔｈｅｓｕｎ’ｓｄａｔａｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ｓｕｃｈａｓｅｌｅｖａｔｉｏｎａｎｇｌｅ，ａｚｉｍｕｔｈａｎｇｌｅａｎｄｓｈａｄｏｗｆｏｒｍｉｎｇｐｒｉｎｃｉ－ｐｌｅ．Ａｎｄｔｈｅｄａｔａｏｆｔｈｅｓｕｎｄｉａｌｓｈａｄｏｗｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｔｅａｃｈｍｏｍｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｓｕｎｒｉｓｅａｎｄｓｕｎｓｅｔ，ｓｕｃｈａｓｌｅｎｇｔｈａｎｄａｚｉ－ｍｕｔｈ．Ｔｈｅｎｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｂｅ

4、ｔｗｅｅｎｓｈａｄｏｗｏｆｔｈｅｓｕｎａｎｄｌａｔｉｔｕｄｅ－ｌｏｎｇｉｔｕｄｅｉｓｇｏｔｔｅｎ．Ｔｈｅｎ，ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｕｓｉｎｇｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄｔｏｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｓｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｓｈａｄｏｗ－ｌｅｎｇｔｈｉｎｎｏｏｎｌｏｃａｌｔｉｍｅａｎｄＢｅｉｊｉｎｇｔｉｍｅ，ａｎｄｆｉｎａｌｙｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｉｓｓｏｌｖｅｄｂｙｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｓｈａｄｏｗｏｆｔｈｅｓｕｎａｎｄｌａｔｉｔｕｄｅ－ｌｏｎｇｉｔｕｄｅ．Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｅｍｕｌａｔｉ

5、ｏｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｈｒｏｕｇｈＪＡＶＡｐｒｏｇｒａｍｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｐｒｏｖｅｓｔｈｅｔｒｕｔｈｏｆｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄ．ＫｅｙＷｏｒｄｓｓｈａｄｏｗｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，ｓｕｎｄｉａｌｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｍｅｔｈｏｄ，ＪａｖａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＣｌａｓｓＮｕｍｂｅｒＧ６２４．６１引言一定的帮助。古代没有精确的时间测量仪器，一直通过沙漏２日晷原理和日晷来测量时间［１］２．１日晷成像原理，通过太阳照射地面直杆的影子长度和角度来确定时间。如今虽然有了钟表或日晷是由晷针、晷面和晷面

6、上的刻度组成的。者电子时钟，但依然能够在很多地方能看到反映人［］太阳照射晷针，形成晷影３～４。晷影的长度和角度文景观的日晷，这是古人文明的展现。在现代，虽会投射到相应的日期刻度和时间刻度上，通过刻度然不再通过日晷查看时间，但对于日晷投影的研究可读出时间。由于每天任何时刻的晷影各不相同，并没有终止。我们可以很方便地从日晷上看出时就可以有效反映出当地的太阳时。间，但日晷影子长度的变化是根据地球经度纬度来晷影的形成原理如图１所示。其中Ｘ轴正方决定的，所以也可以通过日晷影子［２］向指向正东方向，轴正方向指向正北方向，轴长度的变化来ＹＺ求出当地的经度纬度，这对于野外求生也可以起到正方向竖直向上。轴

7、上有一晷针，为太阳光ＺＨｖ＊收稿日期：２０１５年９月４日，修回日期：２０１５年１０月２１日作者简介：吴俊斌，男，研究方向：算法设计、程序设计。吴晟，男，教授，硕士生导师，研究方向：信息安全，算法研究等。吴兴蛟，男，硕士研究生，研究方向：软件工程、算法设计、程序设计。３９４吴俊斌等：基于日晷原理的太阳影子定位实现第４４卷线，照射在晷针Ｈ上形成晷影Ｌ，此时影长Ｌ与晷赤纬角δ的计算公式为针Ｈ形成高度角α，影长Ｌ与Ｘ轴形成方位角β。δ＝０．