專利名稱：基于太陽軌跡的經(jīng)緯度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于太陽軌跡的經(jīng)緯度測量裝置，屬于儀器、儀表領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，我們采取的定位方式主要采用衛(wèi)星定位或者通話基站進行定位。在定位過 程中我們必須接收衛(wèi)星或者是通信基站發(fā)送的定位信號，還需要接收器向定位設(shè)備發(fā)出請 求信號。要想很好的實現(xiàn)這個過程，前提是必須保證通信的暢通，即在沒有外界的干擾時， 這些定位方式是快速實時的。但是在通信受阻或者是需要保持無線電靜默時，不能完成定 位的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠根據(jù)太陽位置確定地球經(jīng)緯度的基于太陽軌跡 的經(jīng)緯度測量裝置。技術(shù)解決方案本發(fā)明包括開發(fā)板、機械傳動單元、電源模塊，開發(fā)板內(nèi)設(shè)有處 理器、液晶顯示屏，處理器與液晶顯示屏連接；機械傳動單元包括底座，底座上固定安裝 有第二電機，第二電機的輸出軸與平臺連接，陀螺儀固定安裝在平臺上，陀螺儀的X軸方向 上設(shè)有電機，X軸與平臺平行，電機與攝像頭連接，攝像頭位于陀螺儀的Z軸方向上，陀螺儀 的Y軸與平臺平行，陀螺儀的Χ、γ、ζ三軸的輸出端分別與處理器輸入端連接，平臺一側(cè)裝有 重錘，與平臺8相同側(cè)的底座上裝有刻度盤，底座上設(shè)有調(diào)平螺母；處理器輸出端分別與第 一電機、第二電機連接，電源模塊內(nèi)設(shè)有電池、DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器，電池通過DC-DC電壓轉(zhuǎn)換 器分別與開發(fā)板、攝像頭、第一電機、第二電機、陀螺儀連接。開發(fā)板采用HMI-STM32開發(fā)板。本發(fā)明利用攝像頭對當(dāng)前太陽的高度角和方位角進行測量，采集太陽相應(yīng)的角度 時采取以正北方向上的角度為0度，以地平面為0度角。運用陀螺儀進行方位基準(zhǔn)校正(包 括重心方向和地理正北方向)。順時針方向旋轉(zhuǎn)方位角正向增加，在攝像頭采集的圖像中用 像素點的縱向方向標(biāo)定方位角，像素點的橫向方向標(biāo)定高度角，并采用處理器對采集的數(shù) 據(jù)進行處理(采取一定的公式轉(zhuǎn)換得出當(dāng)前的經(jīng)緯度)，通過TFT液晶顯示屏顯示出當(dāng)前測 量地點的經(jīng)緯度和時間，以實現(xiàn)經(jīng)緯度定位功能。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明底座仰視圖；圖3為本發(fā)明方位角原理圖；圖4為本發(fā)明高度角原理圖；圖5為本發(fā)明角度信息圖像處理原理圖；圖6為本發(fā)明工藝流程圖7為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式如圖1，本發(fā)明包括開發(fā)板、機械傳動單元、電源模塊，開發(fā)板采用HMI-STM32，開 發(fā)板內(nèi)設(shè)有處理器1、TFT液晶顯示屏2，處理器1與觸摸顯示屏2連接；機械傳動單元包括 底座7，底座7上固定安裝有第二電機5，第二電機5的輸出軸與平臺8連接，陀螺儀6固定 安裝在平臺8上，陀螺儀6的X軸方向上設(shè)有第一電機4，X軸與平臺8平行，第一電機4與 攝像頭3連接，攝像頭3位于陀螺儀6的Z軸方向上，陀螺儀6的Y軸與平臺8平行，陀螺 儀6的X、Y、Z三軸的輸出端分別與處理器1輸入端連接；平臺8 一側(cè)裝有重錘11，與平臺8 相同側(cè)的底座7上裝有刻度盤12，底座7上設(shè)有調(diào)平螺母13 ；處理器1輸出端分別與第一 電機4、第二電機5連接，電源模塊內(nèi)設(shè)有電池9、DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器10，電池9通過DC-DC 電壓轉(zhuǎn)換器10分別與開發(fā)板、攝像頭3、第一電機4、第二電機5、陀螺儀6連接。本發(fā)明裝置的陀螺儀6，第一電機4，第二電機5和攝像頭3的數(shù)據(jù)線及電源線均 置于底座7內(nèi)，陀螺儀6采用機械陀螺儀或電子陀螺儀(電子羅盤)。圖3和圖4所示的是當(dāng)前特定時刻的太陽直射點、高度角、方位角和地球上的經(jīng)緯 度之間的關(guān)系。當(dāng)日期和時間確定的情況下，在地球上太陽能照射到得地方，都能得到太陽 的高度角和太陽的方位角，太陽的高度角在一個環(huán)行的內(nèi)都是相同的，如圖1所示太陽直 射點為中心的圓上太陽在這些地區(qū)的高度角都是相同的。線段AO表示的是太陽的方位角 (以正北為0度基準(zhǔn))線段AB與圓交與M、N、F點，在這些點上(當(dāng)前的經(jīng)緯度上)有唯一 的太陽高度角和太陽方位角的組合，這樣就能通過檢測高度角和方位角來確定當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯 度。圖2表示的是在一樣的方位角的時候會有不同的高度角，點B、C和點D、E的方位角是 相差180度。經(jīng)緯度計算公式如下
AC = arcsin(cos (H) χ cos( D) / 7(cos( H) χ cos( D))2 + (sin( H))2)(1)
卵二 180 / ;r x (arcsin(sin(Ll) / ^{cos{H) χ cos(￡ ))2 + (sin(/f))2) -AC)(2)JD = (SJ+12-XS-FZ/60-E/60-M/3600)X15(3)WD表示緯度、JD表示經(jīng)度、SJ太陽時角、Ll表示太陽赤緯角、E表示時差、D表示 太陽方位角、H表示太陽高度角、XS表示當(dāng)前小時、FZ表示當(dāng)前分鐘、M表示當(dāng)前秒。如圖5所示，C點表示高度角，2點表示方位角。將采集到的信息傳遞給數(shù)據(jù)處理器。工作過程首先，系統(tǒng)上電，通過調(diào)節(jié)底座7底表面上設(shè)置的三個平衡螺母13，并觀察重錘11 在刻度盤12的方向顯示，使得平臺8保持水平。通過陀螺儀6的方向指北，通過調(diào)整第二電 機5將平臺8的基準(zhǔn)方向自動指向北方。此時平臺8的校正完成。并完成時間的初始化， 使得記錄的時間為格林尼治時間。其次，使得太陽的圖像出現(xiàn)在攝像頭3視場中，通過第一電機4，第二電機5轉(zhuǎn)動角 度記錄下攝像頭3現(xiàn)在的方位相對于基準(zhǔn)方向的角度，經(jīng)過圖像處理得出現(xiàn)在太陽的位置(高度角和方向角)，圖像處理相應(yīng)的原理如圖5所示。第三，處理器1通過攝像頭3采集太陽的方位圖像信息，包括方位角和高度角，并 存儲當(dāng)前時刻的日期和時間信息，處理器1通過公式(2)、(3)的計算得出當(dāng)前的地區(qū)的經(jīng)緯度。最后，在可觸摸TFT液晶顯示屏2上顯示的當(dāng)?shù)匚恢玫慕?jīng)緯度、時間以及太陽軌跡
曲線等。
權(quán)利要求
基于太陽軌跡的經(jīng)緯度測量裝置，包括開發(fā)板、機械傳動單元、電源模塊，其特征在于，開發(fā)板內(nèi)設(shè)有處理器(1)、液晶顯示屏(2)，處理器(1)與液晶顯示屏(2)連接；機械傳動單元包括底座(7)，底座(7)上固定安裝有第二電機(5)，第二電機(5)的輸出軸與平臺(8)連接，陀螺儀(6)固定安裝在平臺(8)上，陀螺儀(6)的X軸方向上設(shè)有第一電機(4)，X軸與平臺(8)平行，第一電機(4)與攝像頭(3)連接，攝像頭(3)位于陀螺儀(6)的Z軸方向上，陀螺儀(6)的Y軸與平臺(8)平行，陀螺儀(6)的X、Y、Z三軸的輸出端分別與處理器(1)輸入端連接，平臺(8)一側(cè)裝有重錘(11)，與平臺(8)相同側(cè)的底座(7)上裝有刻度盤(12)，底座(7)上設(shè)有調(diào)平螺母(13)；處理器(1)輸出端分別與第一電機(4)、第二電機(5)連接，電源模塊內(nèi)設(shè)有電池(9)、DC DC電壓轉(zhuǎn)換器(10)，電池(9)通過DC DC電壓轉(zhuǎn)換器(10)分別與開發(fā)板、攝像頭(3)、第一電機(4)、第二電機(5)、陀螺儀(6)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太陽軌跡的經(jīng)緯度測量裝置，其特征在于，開發(fā)板采用 HMI-STM32 開發(fā)板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于太陽軌跡的經(jīng)緯度測量裝置，屬于儀器、儀表領(lǐng)域。本發(fā)明利用攝像頭對當(dāng)前太陽的高度角和方位角進行測量，處理器對采集的數(shù)據(jù)處理，通過液晶顯示屏顯示經(jīng)緯度。本發(fā)明底座上固定安裝有第二電機，其輸出軸與平臺連接，陀螺儀固定安裝在平臺上，陀螺儀的X軸方向上設(shè)有電機，電機與攝像頭連接，攝像頭位于陀螺儀的Z軸方向上，陀螺儀的三軸的輸出端與處理器輸入端連接，平臺一側(cè)裝有重錘，與平臺相同側(cè)的底座上裝有刻度盤，底座上設(shè)有調(diào)平螺母；處理器輸出端分別與第一電機、第二電機連接，電池通過DC-DC分別與開發(fā)板、攝像頭、第一電機、第二電機、陀螺儀連接。本發(fā)明的檢測采用攝像頭，利用其實時性，提高精度。
文檔編號G01C1/04GK101936724SQ20101025840
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月14日
發(fā)明者郝應(yīng)齊 申請人:郝應(yīng)齊