CN101206118A - 太阳方位的自动计算方法及其自动计算器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一太阳方位的自动计算方法，其特点是它由时间信号到数据库提取赤纬和时差，根据测者经纬度、时间和时差计算出真太阳的地方时角；根据测者经纬度、赤纬和时角，通过方程算出太阳实时真方位，通过减磁差得到精的太阳磁方位。自动计算器由时钟发生器、电源、通信接口、组合键、CPU电路、信息显示屏、设置数据存储器、列表数据存储器、程序存储器连接而成。本发明的有益效果是，包括太阳真方位、太阳赤纬、时差、地方时角等能自动进行计算并在屏幕上显示，将使用者从以往烦琐、费时手算中解放出来，本太阳方位自动计算器还具有通信接口，可与通信导航系统设备连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳方位的自动计算方法及用此方法的自动计算器，从而改变了以往查表、内插、手算既繁杂而又精度低的落后状况。
背景技术
利用天体(如太阳)真方位作为测校指向设备的基准方位，是船长和校正师等测者所常用的方法，但以往需预先通过繁杂耗时的手算制表，较容易在小数值、正负号上发生差错，即使运用电算表、普通计算器，也无法满足现代智能系统的数字通信需要。
发明内容
为了改变目前太阳方位的烦琐、紧张、费时、易错的查、算、插、验的手算制表，提供一种将太阳真方位与观测点的位置属性、日期、时间属性，天体(太阳)运行属性等关系方程，按照相应的系列计算方法和能自动进行动态处理，每秒给出一个太阳真方位，供导航系统向位设备测差、校准用的太阳方位自动计算器。
一种太阳方位自动计算方法，其特点是方法步骤为：
1.由时钟发生器提供实时时间信号，到内存在数据存储器中的太阳赤纬和时差数据库提取相应的赤纬和时差，根据测者经纬度、时间和时差计算出真太阳的地方时角；
2.应用测者经纬度、太阳的赤纬和时角，通过球面三角定义转化成实用方程
A：太阳实时真方位；
δ：太阳赤纬；
t：真太阳的地方时角；
：测量点纬度；
根据上述方程算出太阳实时真方位；
3.根据上述算出的太阳实时真方位减去通过测者经纬度在海图上所标的磁差数据计算得到或通过英国政府磁差网上查取得到或从GPS取的磁差自动修正得到的当地当时的磁差，得到精的太阳磁方位。
应用上述方法制成的太阳方位的自动计算器，其特点是，它由时钟发生器、电源、通信接口、组合键、CPU电路、信息显示屏、设置数据存储器、列表数据存储器、程序存储器连接而成，所述的设置数据存储器中存储有测者经纬度、时间设定数据、磁差；列表数据存储器存储有太阳赤纬和时差数据库；程序存储器存储有计算机流程二进制代码。
本发明的发明效果是，将太阳真方位与观测点的位置属性、日期、时间属性，天体(太阳)运行属性等关系方程，按照相应的系列算法，自动进行动态处理，每秒给出一个太阳真方位，供导航系统向位设备测差、校准用；本太阳方位自动计算器还提供太阳真方位及其相关参数的查询功能，根据给定条件，如：测者位置、日期、时间属性(时区时或格林时或视时)，仪器立即给出结果：包括太阳真方位、太阳赤纬、时差、地方时角、太阳日出、日没时间等，将使用者从以往烦琐、紧张、费时、易错的查、算、插、验中解放出来；本太阳方位自动计算器还具备瞬态捕捉功能，能在常态太阳真方位显示中需要时立即定格，在静态情况下查询该时刻详细的与方位相关的参数以供研究；本太阳方位自动计算器具备了可任意设置并应用格林时或全球任意时区时的属性，；本太阳方位自动计算器具有通信接口，可与系统的数字向位仪连接，实现向位误差自动测算修正，通信接口还可提供动态方位数据输出、存储、打印等。本太阳方位自动计算器采用了4键设计，以菜单加复用键使操作简单清晰明了。
附图说明
图1是求太阳方位原理天球图；
图2是解太阳真方位的球面三角图；
图3是本太阳方位自动计算器系统的原理框图；
图4是本太阳方位自动计算器的电路原理图；
图5是本太阳方位自动计算器主程序流程图。
本发明的原理：
本太阳方位自动计算器是一种以太阳、地球运动规律与微处理器技术相结合的数字智能电子产品，根据天文测量原理，以地球为中心，太阳与地球等效视距为半径)椭圆运行轨迹用时差来修正)看做一个圆球(天球)，如图1所示，在天球的球面上以天球的天北极、测试者的天顶和天体(太阳)三点形成一个球面三角，如图2所示，在天文球面三角中，根据余切定理求解天体方位主要函数有：
ctgA＝ctg(90°-赤纬)*sin(90°-纬度)/sin时角-cos(90°-纬度)*ctg时角
＝tg(赤纬)*cos(纬度)/sin(时角)-sin(纬度)*ctg(时角)
列出的方程为：
A：真太阳实时真方位；
δ：太阳赤纬；
t：真太阳的地方时角；
：测量点纬度。
以上数据取测量者的船舶时间(陆地上取时区时间)，计算结果为太阳对应测量者当时的视真方位。式中时角和赤纬都具有时间、日期属性、位置属性的函数，以往通过人工查表、内插细分和计算，本发明则是通过编程由时间发生器发出的时间信号从数据库中自动拾取公式中所需的数据进行自动计算。
具体实施方式
太阳方位自动计算器的系统结构如图3所示，它由时钟发生器、电源、通信接口、组合键、CPU电路、信息显示屏、设置数据存储器、列表数据存储器、程序存储器连接而成，所述的设置数据存储器中存储有测者经纬度、时间设定数据、磁差；列表数据存储器存储有太阳赤纬和时差数据库；程序存储器存储有计算机流程二进制代码。如附表1太阳赤纬表，附表2时差表等的数据存储在设置数据存储器中。根据上述系统，1.由时间发生器提供实时时间信号，到内存在设置数据存储器中的太阳赤纬和时差数据库提取相应的赤纬和时差，根据测者经纬度、时间和时差计算出真太阳的地方时角；2.应用测者经纬度、太阳的赤纬和时角，通过球面三角定义转化成实用方程式(1)算出太阳实时真方位；3.根据上述算出的太阳实时真方位减去通过测者经纬度在海图上所标的磁差数据计算得到或通过英国政府磁差网上查取得到或从GPS取的磁差自动修正得到的当地当时的磁差，得到精的太阳磁方位。
如图3所示的太阳方位自动计算器系统，CPU采用8位单片机，组合键4键，分别为“菜单键”、“确认键”、“前翻页或减数键”和“后翻页或增数键”，列表数据存储器、程序存储器采用flash闪存，设置数据存储器用I2C串行存储器，通信接口通信接口采用RS232串行口，可以与系统导航设备连接通信，输出动态方位及相关数据，实现罗经校差自动化；与计算机、打印机相连接，可储存、打印。信息显示屏用双行字符型液晶显示器，以显示主题太阳方位和关联副题与太阳真方位有关的参数，时钟发生器用串行时钟芯片，可在微功耗情况下保证精确走时。太阳方位自动计算器的电源采用双电源，外接电源对整机提供工作电源，同时对电池进行涓流充电，在整机关闭时由电池维持时钟正常走时。
太阳方位自动计算器电路由图4所示，它包括组合键电路1、CPU电路2、显示屏电路3、CPU晶振电路4、复位电路5、通信接口串行驱动电路6、时钟电路7、I2C串行存储器电路8和电源电路9。
本太阳方位自动计算器实现太阳方位的自动测算依赖于系统的程序软件。程序软件有8个部分：系统主程序、键功能分析模块、分析计算模块、翻屏显示模块、设置模块、查询模块、定格模块、通信模块等.图5是系统主程序流程图，开机后系统首先进入初始化：初始化软件内部相关参数，装入自编的专用显示字符库、提取设置数据至随机存储器(从I2C存储器读出至静态变量)、初始化时区、初始化显示屏(清屏及光标定位)、初始化显示页(缺省屏：太阳真方位+时钟)、初始化系统状态(键分析用)等。主程序以100ms为周期循环流程，在循环体内按照以下顺序：监测按键动作，刷新时间与日期，调用分析计算模块得到所需数据，调用分屏显示模块显示及从通信接口发送数据，等待至100ms到，完成一次循环，回到循环体首部继续循环，实现了太阳方位及相关信息的动态显示与输出。
由图5所示，具体的操作步骤：
1.开机
2.超时没有按键，每秒自动计算及动态显示太阳真方位或磁方位。有ENTER按键，锁定当前显示数据。
3.MENU键轮换到常态显示/查询/设置三种状态。
4.查询显示：ENTER进入，PREIVI/NEXT翻屏选择相应的选项，用ENTER键查询相关信息。
5.设置状态：ENTER进入，PREIVI/NEXT翻屏选择相应的选项，用ENTER键查询相关信息。
6.任何状态下无按键超时，进入常态显示。
主要功能模块说明如下：分析计算模块的流程是，首先根据日期与时间查设置数据存储器的内置数据库，得出太阳赤纬和时差，并以已知的测者位置(经、纬度)计算出地方时角，再分别计算出日出、没时间和方位，太阳真方位等，计算的每一项都对缓存器更新(赋值给全局变量)，实现在同一条件下重复使用(例如翻屏等)；设置程序模块流程是，由主程序进入设置程序后，继续等待键按下，或退出设置，键功能分析得出设置项目，设置项目有“时区”，“日期”，“时钟”，“测者位置”等，进入某一设置项目，输入设置值，输入后确认继续等待是否设置其它项目，或退出设置，返回到主程序循环；查询程序模块：其作用是从键盘输入查询条件：日期、时间、测者位置(经纬度)，显示给定条件下的太阳真方位及相关信息，从主程序进入查询程序模块后继续等待按键，有键按下后经过键功能分析执行相应的查询条件输入程序输入数据，完成后程序流向继续测试按键，等待执行其它条件输入，或转向翻屏显示模块进行显示；定格功能模块，功能是主程序在动态显示时捕获当时瞬间时刻的数据，进行翻屏显示，进入定格功能，提取当时时间和日期，分析计算后送入翻屏显示模块，同时继续测试按键，直至退出定格功能返回到主程序；翻屏显示模块，翻屏显示共有七屏，每屏上下显示两行，第1屏，第1行显示太阳方位，第2行显示时区时；第2屏：第1行显示太阳方位，第2行显示日期；第3屏：第1行显示太阳方位，第2行显示太阳赤纬；第4屏：第1行显示太阳方位，第2行显示太阳时差；第5屏：第1行显示太阳方位，第2行显示地方时角；第6屏：第1行显示日出船时，第2行显示日出方位；第7屏：第1行显示日没船时，第2行显示日没方位，翻屏键功能为两种，前翻后后翻，每一种键功能都是相对于当前状态的前翻1屏或后翻1屏，翻屏后仅改变了信息的显示内容，程序仍继续翻屏前的流程项目。
附表1：太阳赤纬表(例表1页)，附表2：时差表(例表1页)。
附表1. 太阳赤纬表
(每日世界时12时)
| 年度 | 1976、1980、1984、1988、1992、1996、2000、2004、2008、2012 | |||||||||||
| 日期 | 1月 | 2月 | 3月 | 4月 | 5月 | 6月 | 7月 | 8月 | 9月 | 10月 | 11月 | 12月 |
| 12345678910111213141516171819202122232425262728293031 | ° ′南 23 0222 5722 5222 4622 3922 3322 2522 1822 1022 0121 5221 4321 3321 2321 1221 0120 4920 3820 2520 1320 0019 4619 3219 1819 0418 4918 3418 1818 0317 46南 17 30 | ° ′南 17 1316 5616 3916 2116 0315 4515 2615 0714 4814 2914 1013 5013 3013 1012 4912 2912 0811 4711 2611 0410 4310 219 599 379 158 538 308 08南 7 45 | °′南 7 226 596 366 135 505 275 034 404 163 533 293 062 422 181 551 311 070 44南 0 20北 0 040 280 511 151 392 022 262 493 133 363 59北 4 22 | °′北 4 465 095 325 546 176 407 027 257 478 098 318 539 159 379 5810 1910 4011 0111 2211 4312 0312 2312 4313 0313 2213 4214 0114 2014 38北 14 57 | ° ′北 15 1515 3315 5016 0816 2516 4216 5817 1417 3017 4618 0118 1618 3118 4619 0019 1419 2719 4019 5320 0620 1820 3020 4120 5221 0321 1321 2321 3321 4221 51北 22 00 | ° ′北 22 0822 1522 2322 3022 3622 4222 4822 5422 5823 0323 0723 1123 1423 1723 2023 2223 2423 2523 2623 2623 2623 2623 2523 2423 2223 2023 1823 1523 12北 23 08 | ° ′北 23 0423 0022 5522 4922 4422 3822 3122 2422 1722 1022 0221 5321 4521 3521 2621 1621 0620 5520 4420 3320 2220 1019 5719 4519 3219 1819 0518 5118 3718 22北 18 07 | ° ′北 17 5217 3717 2117 0516 4916 3316 1615 5915 4115 2415 0614 4814 3014 1113 5213 3313 1412 5512 3512 1611 5611 3511 1510 5410 3410 139 529 319 098 48北 8 26 | °′北 8 057 437 216 596 366 145 515 295 064 434 213 583 353 122 492 262 021 381 160 530 29北 0 06南 0 170 411 041 281 512 142 38南 3 01 | °′南 3 243 474 114 344 575 205 436 066 286 517 147 367 598 218 439 059 279 4910 1110 3210 5411 1511 3611 5712 1712 3812 5813 1813 3813 58南 14 17 | ° ′南 14 3614 5515 1415 3215 5116 0916 2616 4417 0117 1817 3417 5118 0618 2218 3718 5219 0719 2119 3519 4920 0220 1520 2720 3920 5121 0221 1321 2421 34南 21 44 | ° ′南 21 5322 0222 1022 1022 2622 3322 4022 4622 5222 5723 0223 0723 1123 1423 1023 2023 2223 2423 2523 2623 2823 2623 2523 2423 2323 2123 1823 1523 1223 08南 23 07 |
附表2. 时差表
(每日世界时12时)
| 年度 | 1976、1980、1984、1988、1992、1996、2000、2004、2008、2012 | |||||||||||
| 日期 | 1月 | 2月 | 3月 | 4月 | 5月 | 6月 | 7月 | 8月 | 9月 | 10月 | 11月 | 12月 |
| 12345678910111213141516171819202122232425262728293031 | m s- 3 183 464 144 425 095 366 026 286 537 187 428 058 298 519 139 349 5510 1510 3410 5211 1011 2711 4311 5812 1312 2712 4012 5213 0313 13- 13 23 | m s- 13 3213 4013 4713 5313 5914 0314 0714 1014 1314 1414 1514 1514 1414 1314 1114 0814 0414 0013 5513 5013 4313 3613 2913 2013 1213 0212 5212 41- 12 30 | m s- 12 1912 0611 5411 4011 2711 1310 5810 4410 2810 139 579 419 259 088 518 348 178 007 427 257 076 496 316 135 555 365 185 004 424 24- 4 06 | m s- 3 483 303 122 552 372 202 031 471 301 140 580 430 27- 0 12+ 0 020 160 300 430 561 091 211 331 441 552 052 152 242 332 42+ 2 49 | m s+ 2 573 043 103 163 213 253 293 333 363 383 403 413 413 413 403 393 373 353 323 293 253 203 153 103 042 572 502 432 352 27+ 2 18 | m s+ 2 092 001 501 401 291 191 080 560 440 320 20+ 0 08- 0 050 180 300 430 561 101 231 361 492 022 152 282 402 533 053 173 29- 3 41 | m s- 3 534 044 154 254 364 464 555 055 145 225 305 385 455 525 586 036 096 136 176 216 246 266 286 296 296 296 296 276 256 23- 6 20 | m s- 6 166 126 076 015 555 485 415 335 255 165 064 564 464 354 234 113 583 453 313 173 022 472 312 151 581 411 241 060 480 30- 0 11 | m s+ 0 080 270 471 071 271 472 082 282 493 103 313 524 134 344 555 175 385 596 216 427 037 247 468 068 278 489 089 299 49+ 10 08 | m s+ 10 2810 4711 0611 2411 4212 0012 1712 3412 5013 0613 2113 3613 5014 0414 1714 3014 4214 5415 0515 1515 2515 3415 4215 5015 5716 0416 0916 1416 1816 21+ 16 24 | m s+ 16 2516 2616 2616 2516 2416 2116 1816 1316 0816 0215 5615 4815 3915 3015 2015 0914 5714 4514 3114 1714 0213 4613 3013 1212 5412 3512 1611 5611 35+ 11 13 | m s+ 10 5110 2810 049 109 158 498 237 577 307 036 356 075 395 104 414 123 423 132 432 141 411 110 44+ 0 15- 0 150 451 141 442 132 42- 3 10 |
Claims (7)
1.一种太阳方位自动计算方法，其特点是方法步骤为：
1)由时钟发生器提供实时时间信号，到内存在数据存储器中的太阳赤纬和时差数据库提取相应的赤纬和时差，根据测者经纬度、时间和时差计算出真太阳的地方时角；
2)应用测者经纬度、太阳的赤纬和时角，通过球面三角定义转化成实用方程：
A：太阳实时真方位；
δ：太阳赤纬；
t：真太阳的地方时角；
：测量点纬度；
根据上述方程算出太阳实时真方位；
3)根据上述算出的太阳实时真方位减去通过测者经纬度在海图上所标的磁差数据计算得到或通过英国政府磁差网上查取得到或从GPS取的磁差自动修正得到的当地当时的磁差，得到精的太阳磁方位。
2.应用上述方法制成的太阳方位自动计算器，其特征在于，它由时钟发生器、电源、通信接口、组合键、CPU电路、信息显示屏、设置数据存储器、列表数据存储器、程序存储器连接而成，所述的设置数据存储器中存储有测者经纬度、时间设定数据、磁差；列表数据存储器存储有太阳赤纬和时差数据库；程序存储器存储有计算机流程二进制代码。
3.根据权利要求2所述的太阳方位自动计算器，其特征在于，所述的电源采用双电源，外接电源对整机提供工作电源，同时对电池进行涓流充电，在整机关闭时由电池维持时钟正常走时。
4.根据权利要求2所述的太阳方位自动计算器，其特征在于，所述的通信接口采用RS232串行口，与系统导航设备连接通信。
5.根据权利要求2所述的太阳方位自动计算器，其特征在于，所述的组合键为4键，分别为“菜单键”、“确认键”、“前翻页或减数键”和“后翻页或增数键”。
6.根据权利要求2所述的太阳方位自动计算器，其特征在于，所述的列表数据存储器、程序存储器采用flash闪存，设置数据存储器用I2C串行存储器。
7.根据权利要求2所述的太阳方位自动计算器，其特征在于，其电路主要包括组合键电路(1)、CPU电路(2)、显示屏电路(3)、CPU晶振电路(4)、复位电路(5)、串行通信接口驱动电路(6)、时钟电路(7)、I2C串行存储器电路(8)和电源电路(9)。
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