赤纬

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赤纬范文第1篇

关键词：大冻害史实；太阳黑子低值年；拉马德雷现象；月亮赤纬角最大值

中图分类号： P49 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-04-0129-2

气候变化加剧了气象灾害，湖北省地处我国南北气候过渡带，天气气候复杂，大冻害具有灾害性大、难以预防的特点，常给湖北经济造成巨大的损失和灾难。2008年1-2月发生的波及我国南方及湖北省的持续雨雪低温大冻害，打了我国气象界一个措手不及，使人们清醒的意识到，有科学根据的大冻害预警研究工作缺乏及严重后果。据湖北省气象局局长2008年1月撰文称，此次大冻害已造成湖北因灾直接损失100多亿元。科技日报2008年2月17日曾报道：中央气象局局长目前表示“当前技术水准对一周后的天气难以做出肯定的预报，对此次连续发生的低温雨雪天气过程，没有事先预料”。

有感如此，本研究另辟途径，从对湖北大冻年史实和太阳黑子活动低值年（谷年）变化影响着手，导入现代的拉马德雷（Lamadelei）现象，月亮赤纬角最大值事件致冻影响的因素，综合分析大冻年发生的条件和发生年期位，旨在研究结论能给气象预报以参考资料，给湖北防冻工作及给后续研究作铺路。

1 研究材料与方法

本文基于《湖北省近500年气候历史资料》等原始资料，在余武安等（2009）《湖北近二百年大冻年表的建立及发生频率的初步分析》基础上，进一步对湖北省冬春季节冻害发生的频率和可能性进行分析。

主要分析了冻害史实回复期状况、大冻年公元纪年年尾数频率、时距等项目对冻害发生的影响，并基于气象学上的拉马德雷现象理论考察了近年来在拉马德雷冷/暖位相对时期的拉尼娜（La Nina）、厄尔尼诺（El Nino）等气象的致冻可能性进行了分析。而且还从太阳黑子活动以及月亮赤纬角最大角事件等显著性因素角度对冻害发生的影响程度进行了相关性分析。

2 湖北冻害史实分析与预测

2.1 33年左右的长周期与湖北大冻害

从湖北冻害史实看，从1830年代至今，湖北大冻史上存在过六轮周期约为33年的冻害重现现象。例如1832年湖北大冻，其后33年（1865年）也是一个大冻年；1865年冻灾后再往后推34年是1899年的大冻；1899年又33年发生1932年大冻；1932年又34年即为1966-1967年冬春，武汉市低温达-10℃；再33年又是1999-2000年冬春冻害年。（详见表1）

表1 1830年代至今湖北省33年左右大冻回复周期表

数据来源：笔者根据史料整理。

2.2 短周期、大水年与冻害发生的关系

在33年左右的冻害长周期内，冻害基本上每10年出现一次甚至以上。冻害年的分布呈现出多以1与7尾号年为中心离散发生状态，以7为中心的大冻年多是特大冻害年。这当中有一个情况值得注意，就是大水年前后发生大冻害的频率也很高。这种现象可能与太阳黑子活动和拉马德雷现象有密切关系。1998年是大水年却没有发生大冻害，其原因可能是当年时值拉马德雷暖位相期，又逢太阳黑子活动最大值年所致。最近两年情况有所不同，既是大水年又逢拉马德雷冷位相时期（下文将做进一步分析）。这种情况值得研究部门的重视。

3 从太阳黑子活动状况预测冻害发生

我国著名气象变化研究专家杨冬红、杨学祥（2006）曾指出，1977年是太阳活动次低值区，导致1976-1977年冬春我国发生-18℃的特大冻害。洪琴芳、李洪宝（1983）曾撰文指出，1976年是太阳黑子宁静年，次年春却发生特大冻害。湖北省农科院果茶所柑橘专家张力田先生（1995）也曾撰文指出：据河南南阳（与鄂西北交界）地区气象局所收集的历史气侯资料看，太阳黑子相对值在0-20时期，湖北发生冻害达35次；黑子相对值在20-40时，湖北发生冻害达15次；以后，黑子数递增、冻害数递减。历史经验值得重视，新一轮太阳黑子活动的平静从2007年开始的，当前仍然处于太阳黑子宁静年区间。美国航空航天局（NASA）2010年6月曾报告说，近年来太阳黑子活动很可能达到近一个世纪以来的最低谷。太阳黑子活动平静，冻害发生的可能性反而越高，在太阳黑子活动低值期更应加强对冬春季节雨雪冰冻灾害的防护。

4 从拉马德雷现象预测冻害发生

现代人们观察和研究预测冻灾有了更高的科研平台，这就是气象界广泛认同和使用的拉马德雷理论。拉马德雷现象是一种高空气压流，这种高空气压流分别以暖位相和冷位相两种形式出现，每种现象分别持续20-30年左右，拉马德雷的冷/暖转换同期是以月亮赤纬角变化的周期为基础的，冷位相比暖位相时期长约10年。拉马德雷现象的致冻机制如下，当拉马德雷以冷位相出现时，太平洋气流由太平洋中心向美州和亚州移动，形成影响我国的台风和暖湿空气，若遇强对流天气，在夏季常形成暴雨。而在冬季，若青藏高原南支槽气流通畅，由孟加拉湾和印度洋而来的暖湿气流将经鄂西北进入湖北省；是时，时值伊尔库茨克冷高压中心，强降雪开始前进我国华北，冷锋逼近鄂西北，湖北大雪开始。

拉马德雷现象引发的“拉尼娜”事件表现为赤道太平洋东部和中部海面温度持续大范围偏低的现象，而“厄尔尼诺”事件则表现相反，主要指太平洋东部和中部的热带海洋的海水温度异常地持续变暖。若厄尔尼诺与冷位相相遇，则具夏凉冬暖效力。而拉尼娜若与冷位相相遇，将显出强劲的夏热冬冻势力。拉尼娜现象在冬季对地表温度有抑制趋冷作用和滞后作用，这反映了拉马德雷现象与它们的密切关系。从2000年开始，拉马德雷现象进入冷位相时期，现在仍然处于冷位相时期。在太阳活动低值年，拉尼娜现象能量趋强。2010年中国大地气候灾难接连发生就与其有着密切关系。先是气候温和冬不冻、夏不热的云南省高温不断以致发生百年不遇的干旱，人畜几乎无水喝。接连中国南部省区暴雨不断，台风又多又猛又烈。直到2010年秋季的，还有超强台风“鲶鱼”直袭福建为害。大暴雨也引发了甘肃省舟曲等县异常严重的泥石流灾害，还引发了我国长江、汉江淮河等大江大河水量暴增。拉尼娜现象能量趋强表明其在冬春季节对表温度抑制趋冷作用的特点亦会表现得更加突出。

5 从月亮赤纬角值看冻害发生频率

当月亮赤纬角达到最大值时，会引动日月大潮，引发热带风暴。近六十年来，月亮赤纬角分别在1953年、1970年和2007年达到最大值，分别影响了1954年冬春、1969年冬的特大冻和2008年初春的大冻。月亮赤纬角处于最大值时期时，一旦其他致冻条件聚合，还能引发二波次特大冻，例如1956年发生的-14℃的特大冻。近些来年，在拉马德雷现象基础上，又逢月亮赤纬角最大值致冻影响因素与太阳黑子活动极极低值致冻影响因素聚合，很可能在近两年冬春季节发生二波次冻害。杨学祥曾指出，1953年，月亮赤纬角达最大值，随后1954-1955年发生大冻害。而且1954-1955年也都是拉尼娜年。2007年逢月亮赤纬角达最大值，天气逐渐转冷，2008年我国南方地区发生大冻害。当前，月亮赤纬角值偏大，对我国气象的影响仍在，又逢拉马德雷冷位相以及太阳黑子活动低值期，未来两年发生冻害的可能性仍然很大。

6 研究结论

湖北大冻害历史上准33年左右的大冻回复期有一定潜在性，在此长周期内冻害多在以1与7为尾号的年份离散发生。近两年又恰逢拉马德雷冷位相和太阳黑子活动低值年时期，并且也处于月亮赤纬角较大值时期。上述各时期交叠现象尤其值得重视。2010年，拉马德雷现象诱发我国大范围出现极端气象灾难，更加提醒我们注意未来一两年冬春季节很可能再次发生大的冻害。

参考文献

[1] 武汉中心气象台编.湖北省近五百年气候历史资料[M].1978.

[2] 余武安,陈正洪,马德荣.湖北省近百年大冻年表的建立及频率特征的初步分析[J].湖北农业科学,2009,(10)：2576-2580.

[3] 中国科学院太阳活动预报中心.过去24小时内太阳活动很低[EB/OL].国家天文台,2010-10-08

[4] 洪琴芳,李洪宝.太阳宁静期的黑子活动――1976年3月-5月的黑子形态（英文刊）CJPP编辑部,1983（2）,30.

[5] 张力田.柑橘周期性冻害问题的探讨[J].中国南方果树,

1995,(4):36-37.

[6] 杨学祥.2008年自然状况展望 气候变化持续异常[HTML].光明网,光明论坛,2008-01-05.

赤纬范文第2篇

[摘 要]物理模型；太阳高度角；最小二乘拟合；经纬度确定

中图分类号：TP101 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0295-02

一、问题分析

这是一个利用物体影长的动态变化来确定地点和时间的问题。根据测量同一天不同时刻物体的影长，分析其随时间变化的规律，利用最小二乘法拟合出函数图像，排除干扰项，以求出物体所处的测量点和时间。问题的难点在于，能够将影长问题转化为物理模型中各种参数问题，需要分析的参数之间的关系较复杂：既要考虑测量地点的可涉及性，又要综合考虑地理环境的科学性和太阳运行的实际性，几个方面较难联系。

解决问题主要利用一元非线性最小二乘模型对数据进行拟合，列出误差方程和法方程，得到影长随时间变化的函数关系。利用影长最短，太阳高度角最大的原理，结合时角定理求出测量地点的经度。根据拟合方程求解出测量地点的纬度。通过物理模型建立通用的数学模型，在日期已知的情况下来确定测量地点的经纬度。

二、模型假设

1、假设所给数据真实可靠；

2、假设数据中所提供的方向均对应地理正方向；

3、假设测量区间内天气状况平稳，不会出现风沙等影响测量；

4、假设太阳的赤纬一天内不发生变化；

5、假设观测地面是水平的；

6、假设太阳光线进入地球时，空气介质等外界环境对光线无影响；

7、假设地球的自转角度一天内不发生变化；

三、符号说明

四.模型的建立与求解

4.1 太阳高度角与影长的物理模型

对于地球上的某个物体，太阳光直射到地面，其入射方向和地平面就会形成一个角度（即太阳高度角），故借助太阳高度角的物理模型和三角函数的知识，即求得影子长度 ：

太阳高度角具体成像如图1-1所示。

由式子1-3可知，当观测点的纬度已知，计算出太阳赤纬和时角即可求出太阳高度角

查询相关资料可到太阳赤纬公式如下：

太阳时角公式如下：

只要研究出，，三个自变量对参数的直接影响，就可以通过式子1-2，分析出影长关于各个参数的变化规律。综合4.1.1模型建立的公式得到影长的通用模型：

其中为因变量，，，作为自变量，也就是题目中所求的影响参数。

4.2最小二乘法模型

1.参数的引入

太阳天顶距：在球面的天文学中，天体在某一瞬间的天顶距，可以从天体的定位三角形中求得。

太阳在某一瞬间的天顶距可以表示为：

视赤经：

视赤纬：

计算瞬间太阳视天顶距（顾及天文折射改正与视差改正后的天顶距）：

2.用最小二乘法求算观测地点的经纬度

假设观测地点的地面是水平，则被测物体的高度和影长的关系为：

当影长一定时，可把由影长推算的的物高看做纬度和经度的函数，即

由式子2-4和2-5可得：

在式子1-14中以和为变量（其余视为常量）求出：

误差方程为

令，，

组成法方程：

对于每一物体已知高度的的物体的观测，列出一个误差式，即求出，分别存入，中，同时计算误差方程中的常数项。

由误差方程得到法方程，解出，之改正数，则得：

五、模型的检验

本文采用拟合优度的方式对该模型进行检验。在问题的求解过程中，借助Matlab进行最小二乘拟合，所以在检验中我们借助Excel的趋势线进行拟合，将已有的检验数据代入，求出可决系数，并得到验证，说明观测值的拟合程度很好。

六、模型的评价

6.1 模型的优点

在本文中设计并实现了物理模型和多元非线性最小二乘模型，该模型具有以下优点：

1、 将空间坐标系转化为直角坐标系，通过投影降维的方法简化了计算，简洁易懂。

2、 巧妙的利用物理模型将求解影长变化的问题转化为求太阳高度角的问题，适用范围较为广泛。

6.2 模型的缺点

在计算太阳高度角的过程中未考虑太阳光透过大气层时的折射等一系列外界因素的干扰，可能会产生太阳高度角偏大的情况；太阳赤纬在一天24小时内不是定值，虽然这些影响很小，但仍会产生细小误差，降低了模型的精确度。

参考文献

[1] 姜启源等，数学模型（第四版）[M]，北京：高等教育出版社，2011.

[2] 周建兴等，MATLAB从入门到精通[M]，北京：人民邮电出版社，2008

[3] 邓鹏飞等，基于影子轨迹线反求采光效果的技术研究[J]，上海，2010.

赤纬范文第3篇

是夏天出现的。

河鼓二，即著名的“牛郎星”，“天鹰座α”（Altair），又叫“牵牛星”或“大将军”，在日文中称作“彦星”。排名全天第十二的明亮恒星，白色。在星空观测中，是夏季大三角中的一角。它和天鹰座β、γ星的连线正指向织女星。西方称呼此星为Altair，是阿拉伯语的“飞翔的大鹫（Alnasr－l＇tair：النسرالطائر）”的缩写。位置：赤经19时48．3分，赤纬8度44分。

（来源：文章屋网 ）

赤纬范文第4篇

1、河鼓二 ，即著名的“牛郎星”，“天鹰座α”(Altair)，又叫“牵牛星 ”或“大将军”，在日文中称作“彦星”。排名全天第十二的明亮恒星，白色。在星空观测中，是夏季大三角中的一角。

2、它和天鹰座β、γ星的连线正指向织女星。 西方称呼此星为Altair，是阿拉伯语的“飞翔的大鹫（Al nasr-ltair:النسر الطائر）”的缩写。位置：赤经19时48.3分，赤纬8度44分。

3、织女星又称为织女星或天琴座α（α Lyr，α Lyrae）是天琴座中最明亮的恒星，在夜空中排名第五，是北半球第二明亮的恒星，仅次于大角星。

4、它与大角星及天狼星一样，是非常靠近地球的恒星，距离地球只有25.3光年；温度比天狼星略低。它也是太阳附近最明亮的恒星之一。

（来源：文章屋网 ）

赤纬范文第5篇

关键词：影长 参数估计 指定函数拟合 matlab

1 "立竿见影"现象

一根直立的竿，其影子的位置在一天中随太阳的位置不断变化。假设某天某时刻的太阳位置如图1所示，立于地面上的竿高为H，太阳光线通过竿顶P点，在地面上形成一个影子点P′，影子的长度OP′为L，单位为米。定义太阳光线与地面的夹角∠PP′O=β，则其数学关系式为：

=cotβ

上式中β为太阳高度角。

2 直杆影子长度的影响因素分析

根据现有的天文学知识可得如下的影子长度影响因素层次分析图：

太阳的高度角计算：

3 运用参数估计求出直杆所在地的经纬度

有（9）式可知，若已知杆长H，太阳赤纬 ，纬度 ，经度J，则影长L与北京时间T 具有确定的函数关系。而地理的经纬度是未知的，我们将其认定为该函数的未知参数，可以利用 MATLAB 中的 fittype 函数对北京时间 T 与影子长度 L 进行指定函数拟合，得出参数数值，即解得直杆的地理纬度 ，经度 J。

4 计算算例

以2015年高教杯数学建模A题中的数据为例。

说明：坐标系以直杆底端为原点，水平地面为xy平面。直杆垂直于地面。测量日期：2015年4月18日。

将时间换成以小时为单位以及将x、y坐标换算成影子长度H，如下表。

由4月18日得到积日为108天，年份为2015年，带入（2）、（3）、（4）、（5）中可得到太阳赤纬为10.6305°。

运用MATLAB，编写程序利用fittype函数编写代码，对北京时间与影子长度进行指定函数拟合，得到参数数值，本题中杆长未知，所以也将其作为一个位置参数，运行代码，在95%置信区间，得到以下结果：

杆长 H = 2.034 （2.029， 2.038）

经度 J= 108.7 （108.6， 108.8）

纬度u = 19.29 （19.23， 19.34）

答案中经纬度为（109.5°E， 18.3°N），与通过计算的经纬度误差在1°左右，可以认为该结论可信，而且本题中并没有告诉直杆的长度，多了一个未知参数，若已知杆的长度，误差会缩小，所以可认为本模型合理。

5 结束语

该模型建立了杆的影长与五个因素（经度、纬度、日期、时间、杆长）函数关系表达式，时间为自变量，其它因素为参数，利用参数估计可求解出直杆的经纬度。模型简单准确，但是任有许多不足和可以改进的方向，例如：忽略了大气折光的影响，以及平太阳时和真太阳时之间的差别等。对于这些因素造成的误差还需要进一步研究。

参考文献：

[1] 郑鹏飞，林大钧，刘小羊，吴志庭，基于影子轨迹线反求采光效果的技术研究，华东理工大学学报（自然科学版），第36卷第3期，文章编号：1006-3080（2010）03-0458-06，2010.03：458-463

[2] 汪和平，影子与季节、纬度的关系，中学数学（高中版），2008年第9期

赤纬范文第6篇

关键词：实时 太阳夹角 单片机 实现

在靶场光测装备参试过程中，由于光测装备跟踪目标所采用的一般为操作手通过瞄准镜跟踪或红外自动跟踪的方法。在实际参试过程中，由于光测装备实际布站和任务时段的原因，很多情况下，都会遇到太阳夹角的问题，而装备一旦进入太阳夹角的危险区，轻则可能因亮度高使操作手眼花而丢失目标或红外装置因太阳亮度过高而跟错目标从而导致任务失利，重则可能损伤操作手视力或因红外CCD装置过饱和造成装备损害。提前预知可能进入太阳夹角危险区的时间和方位，成为每位光测装备战位长非常关心的问题。

在实际操作过程中，一般采取的方法是依据日常训练时，对任务时段的高低角数据来对可能进入太阳夹角的时机和区域进行估计。但由于在实际飞行任务过程中，发射零点可能随任务执行中的可能出现的各种突况而推迟或顺延，在这种情况下，光测装备在合练中根据理论数据所选择的躲避太阳夹角的方法和时机都因此无法使用。因此，一种能够适合野外站点的计算实时太阳视角位置的装置，可以较好地解决此类问题。

针对上述需求，依据VSOP87行星理论，利用GPS模块接收时间和经纬度信息，使用具有较强运算能力的AVR单片机，可以进行中纬度地区任一时刻太阳视角位置的实时计算，且精度可以满足试验任务的实际需要，具有一定的应用价值。

一、便携式实时太阳视角计算装置的系统主要构成

1.格林尼治时间和本地经纬度的接收采用HOLUX公司的M-89 GPS接收模块，该模块外形尺寸仅为25.4*25.4*3mm，核心采用ARM7EJ-S芯片，输出数据格式符合NMEA0183通用标准，具有冷启动速度快，对GPS天线要求较低，输出数据稳定以及适应环境条件较宽等特点。

2.显示与输入控制单元采用LCM320240zk型液晶屏，该型器件具有适用条件广，显示对比度高，触摸控制定位准确的特点。

3.主控器件部分采用ATMEL的AVR mega128L型单片机，该型器件的主要特点是运算控制能力强，内存空间和程序存储空间较大，同时具有体积小，功耗低，使用环境条件较宽的特点，可以满足实际需要。

二、实时太阳视角计算所用方法及其实现过程

1.太阳视位置的实时计算方法。以光测装备的实际参试情况来看，提前对进入太阳夹角危险区域的预测和规避对实时太阳的视位置精度要求一般为小于30′左右即可，考虑到单片机的运算能力和对器件的相应可控制需求，可以假设地球运动是一个纯椭圆，也就说忽略月球及行星摄动，可以满足要求的精度，计算过程如下:

a.在格林尼治时间已知（GPS接收）的情况下，计算当时儒略日数及相对儒略世纪数。

J为自公元2000年1月1日零时起算的儒略日数，INT表示取整，Y表示自公元2000年起算的年数，M为月数，D为日数，t为格林尼治时间，T为相对儒略世纪数。

b.计算黄道与月球平轨道升交点黄经；太阳几何平黄经；月亮几何平黄经及黄经章动。

mw为黄道与月球平轨道升交点黄经，L为太阳几何平黄经，Date平分点起算，L1为月亮几何平黄经，hjzd为黄经章动，radeg=57.29577951307。

c.计算考虑黄经章动情况下的黄赤交角；计算当前时刻格林尼治平恒星时，加章动修正。

Q0为任意时刻格林尼治平恒星时，未加章动修正；ybc为平黄赤交角；

d.计算太阳平近点及真黄经并以此算出太阳地心赤经及太阳地心赤纬。

M为太阳平近点角；wa为太阳真黄经；dcw为太阳地心赤纬；dcj为太阳地心赤经；

e.在本地经度已知的情况下，计算本地时角。

H为本地时角； 为格林尼治平恒星时；jd为本地经度；dcj为太阳地心赤经；

f.在本地纬度已知的情况下，利用坐标变换公式计算出本地现在时刻太阳方位角、高低角即视位置。

fj为所求的相对本地现在时刻太阳方位角；gj为所求的相对本地现在时太阳高度角；wd为本地维度；

2.硬件组成示意图

3.系统软件流程图：

三、结束语

在本系统硬件上可以实现液晶屏显示数据刷新率为每秒四帧的条件下，太阳视角实时精度计算达到0.01度而这对于本装置的应用来讲已经足够。

通过实际的应用试验，本装置能够在显示数据刷新率为每秒四帧的条件下，太阳视角实时精度计算达到0.1度，并且可以较为方便地与某型光测装备互相配合，达到了预期目的，在实际应用中具有较好的推广价值。

参考文献：

[1] ean. Meeus，Astronomical Algorithms， Willmann-Bell.Inc.1991.

[2] 陈冬云,杜敬仓,任柯燕.ATmega 128单片机原理与开发指导[M].机械工业出版社.2005.

[3] 康一梅.嵌入式软件设计[M].机械工业出版社.2007.

[4] 郭丽华,朱元昌,邸彦强.基于遗传算法的光电经纬仪布站优化设计.仪器仪表学报[J].2010.04.

[5] 王书宏,胡谋法,陈曾平.强背景下空间目标光电探测的可行性分析.信号处理[J].2007.08.

赤纬范文第7篇

关键词： 太阳能；双轴控制；传感器

0 引言

随着全球工业的快速发展，全球能源匮乏和大气污染日益严重。太阳能作为一种清洁可再生能源，对解决以上问题起到了不可替代的作用。我国太阳能资源丰富，分布广泛，因此充分开发利用太阳能资源对我国有着深远的能源战略意义。

由太阳能电池板的特性可知，它的发电量与光照强度成正对，而太阳光直射太阳能电池板时光照强度最大，当太阳光角度小于这个角时，光照强度减弱。因此在光伏系统中，太阳能电池板的发电效率和它相对于太阳的角有很大关系。试验证明，采用相同功率的太阳电池板，自动跟踪式光伏发电设备要比固定式光伏发电设备提高发电量至少在25%以上，成本下降20%。由于太阳的位置每时每刻都在变化，所以要获得最大功率就必须要太阳能电池板随时跟随太阳的运动轨迹运动，才能保证太阳光始终垂直照射到太阳能电池板上。为实现此目的，就需要用太阳光自动跟踪控制系统来完成。

1 太阳能跟踪控制方法

目前国内外太阳能跟踪控制方法有很多种，常用的跟踪控制方法主要有视日运动轨迹跟踪和光电跟踪两种方法。

1.1 视日运动轨迹跟踪方法

太阳运行的轨迹是有规律可循的，通过计算可以得出任何时间和地点的太阳位置，从而完成对日跟踪。可以认为，早上太阳从东方升起经正南方向向西运动并落山，太阳在方位角上以15°/h匀速运动，24h移动一周。高度角等于当地纬度作为一个极轴不变。跟踪过程是将固定在极轴上的太阳能电池板以地球自转角速度15°/h的速度转动，即可达到跟踪太阳，保持太阳能电池板平面与太阳光线垂直的目的。该方法控制简单，但安装调整困难，初始角度很难确定和调节，受季节等因素影响较大，控制精度较差等。

1.2 光电跟踪方法

光电跟踪是国内外常用的跟踪方法。高度角和方位角分别利用两只光敏管进行太阳跟踪。4只光敏管安装在一个透光的玻璃试管中。如图1所示，每对光敏管被中间隔板隔开，对称地放在隔板两侧。当太阳光线垂直照射光伏阵列时，两只光敏管的感光量在误差允许的范围内视为是相等，输出电压相同。当太阳光略有偏移时，隔板的阴影落在其中一只光敏管上，使两只光敏管的感光量不相等，输出电压有偏差。根据输出电压的变化来进行自动跟踪控制。该方法的特点是测量精度高、电路简单、易于实现，但在多云和阴天环境下会出现无法跟踪或误跟踪问题。

根据以上分析，本文采取将视日运动跟踪和光电跟踪相结合的跟踪控制策略。在光电跟踪的基础上，同时设置视日运动轨迹跟踪，当遇到乌云遮挡或阴天等天气状况差时，由于光强太弱，光敏管上产生的电信号会低于设定的阈值，系统自动跳到视日运动轨迹跟踪程序进行太阳跟踪，天气好转后自动跳出，继续进行光电跟踪。为了更准确的检测天气状况，也可通过检测方阵输出电压低于阈值的方式判断天气状况。用视日运动跟踪弥补光电跟踪的不足，能在任何气候条件下使光伏发电系统得到稳定而可靠的跟踪控制。这种跟踪方式跟踪准确度高，工作过程稳定，可应用于许多大中型光伏发电自动跟踪装置。

2 太阳运行轨迹的计算方法

太阳运行轨迹其实就是计算在地球某一点上观看空中的太阳相对地球的位置。这时，太阳相对地球的位置是相对地面而言的，用高度角和方位角来表示。

2.1 太阳高度角的计算

指从太阳中心直射到当地的光线与当地水平面的夹角（或观测点到太阳的连线与地面之间的夹角），其值在0°到90°之间变化，日出日落时为零，正午时刻时为90°。太阳光线与赤道平面的交角称作太阳赤纬角，按照库伯方程，计算太阳赤纬角的方程为

式中：φ为地理纬度；δ为太阳赤纬角；ω太阳时角。

正午时， ，在南北回归线内，有时正午时太阳正对天顶，则有 ，从而h=90°。太阳高度角是一天中太阳高度角的最大值（除极地部分地区外），夏季这个值较大，冬季较小，夏至时最大，冬至时最小。

2.2 太阳方位角

指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。方位角以正南方向为零，由南向东向北为负，由南向西向北为正，如太阳在正东方，方位角为-90°，在正西方时方位角为90°，在正北方时为±180°。太阳方位角的计算公式为

3 系统的组成

如图2所示，太阳跟随控制系统主要由光敏传感器、风速传感器、光照度传感器、CPU主控制器、电机驱动单元和保护电路组成。它不仅控制太阳能光伏阵列跟随太阳运动，还具有在大风、阴天等气候条件下的保护功能。同时具备与上位机通信的功能，便于设备的远程控制。

3.1 CPU控制单元

CPU控制单元是整个控制系统的核心，控制策略至关重要。本文采用光电跟踪为主，视日运动轨迹跟踪为辅的控制策略，互补其短，可以得到比较满意的效果。充分考虑到系统在运行过程中，会遇到的各种外界因素的影响（如：大风、夜间光线干扰、阴雨、多云气候等），选择最优的控制方式，从而保证系统的跟踪精度，提高系统的可靠性和稳定性。同时CPU控制单元还具有与上位机通信的功能。

3.2 光敏传感器

光敏传感器是检测光伏阵列是否对准太阳的主要器件。当太阳光垂直照射到光敏传感器上时，四个光敏传感器在规定的误差范围内输出信号全部为零，表示光敏传感器已对准太阳。当太阳光偏离垂直照射光敏传感器时，偏离到一定程度时，光敏管检测到偏差信号从而有输出，控制光伏阵列转动。

3.3 风速传感器

通过风速传感器对风速进行检测，将检测到的信号进行A/D转换传送到主控制器，当风速达到定设定的阈值时，控制部分发出指令，驱动执行机构，调整光伏阵列到水平角度，从而保证光伏阵列单元的安全运行。

3.4 光照度传感器

通过光强传感器对太阳光强进行检测，可以使系统在不同的天气状况下采用不同的控制策略进行自动跟踪，提高太阳能的利用效率。

3.5 电机驱动单元

当控制单元发出跟踪控制信号时，通过电机驱动单元驱动不同类型的电机（如：步进电机等）转动，使光伏阵列重新垂直于太阳光。

3.6 保护电路

由于光伏阵列跟踪支架的高度角和方位角都有极限位置，其中高度角的范围为10°～80°，方位角的范围为±110°。为了跟踪支架的安全，在方位角和高度角的4个极限位置上要设计保护电路。

4 软件设计及工作原理

系统的跟踪装置控制部分主要由主控芯片来完成的，跟踪装置控制系统的主控芯片主要完成两个任务，即光电跟踪和视日运动轨迹跟踪。

下面根据上面的程序流程图来说明跟踪装置的工作过程：当早上太阳升起时，进行程序的初始化。完成初始化之后，读取时钟芯片判断是否为早上六点，如果是再判断此时的天气情况，主要是依靠检测光伏电池两端的电压偏差来进行判断，由光伏电池的特性可知，光照强度越高，电池板两端的电压越大，若测得的输出电压值超出阈值，则认为太阳辐照的光强满足进行光电跟踪的条件。若经过检测没有达到规定的光照强度，则系统自动转向视日运动轨迹跟踪的程序。为了使系统能够更加科学化，本系统采用间隔性跟踪的办法，即系统隔10分钟进行跟踪，这样在很大程度上节省了发电成本而不会影响跟踪的准确度。当进入跟踪尾声时，判断是否为晚上六点，如果是，则结束这一天的跟踪，光伏阵列回到初始位置，等待第二天的跟踪。

参考文献：

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赤纬范文第8篇

2、物候特点：古籍《群芳谱》中说：“小雪气寒而将雪矣，地寒未甚而雪未大也。”这就是说，到“小雪”节气由于天气寒冷，降水形式由雨变为雪，但此时由于“地寒未甚”故雪下的次数少，雪量还不大，所以称为小雪。“小雪”是反映天气现象的节令。雪小，地面上又无积雪，这正是“小雪”这个节气的原本之意。小雪和雨水、谷雨等节气一样，都是直接反映降水的节气。

3、小雪节气，东亚地区已建立起比较稳定的经向环流，西伯利亚地区常有低压或低槽，东移时会有大规模的冷空气南下，我国东部会出现大范围大风降温天气。小雪节气是寒潮和强冷空气活动频数较高的节气。小雪节气不是一定下雪，而是说小雪时节，气温下降，温度降到了可以下雪的程度，但是由于地表温度还不够低，就算降了，雪量也会很小，甚至没有。所以，这天是否会降雪，还要看当下的天气情况。

4、节气确定：小雪是二十四节气中的第20个。起点于每年公历11月22日或23日，太阳位于赤纬-20°16，到达黄经240°。“小雪”节气间，夜晚北斗七星的斗柄指向北偏西（相当钟面上的10点钟）。每晚20：00以后，若到户外观星，可见北斗星西沉，而“W”形的仙后座升入高空，它代替北斗星担当起寻找北极星的坐标任务，为观星的人们导航。四边形的飞马座正临空，冬季星空的标识——猎户座已在东方地平线探头了。