專利名稱：：太陽(yáng)方位的自動(dòng)計(jì)算方法及其自動(dòng)計(jì)算器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)方位的自動(dòng)計(jì)算方法及用此方法的自動(dòng)計(jì)算器，從而改變了以往查表、內(nèi)插、手算既繁雜而又精度低的落后狀況。
背景技術(shù)：
：利用天體(如太陽(yáng))真方位作為測(cè)校指向設(shè)備的基準(zhǔn)方位，是船長(zhǎng)和校正師等測(cè)者所常用的方法，但以往需預(yù)先通過(guò)繁雜耗時(shí)的手算制表，較容易在小數(shù)值、正負(fù)號(hào)上發(fā)生差錯(cuò)，即使運(yùn)用電算表、普通計(jì)算器，也無(wú)法滿足現(xiàn)代智能系統(tǒng)的數(shù)字通信需要。
發(fā)明內(nèi)容為了改變目前太陽(yáng)方位的煩瑣、緊張、費(fèi)時(shí)、易錯(cuò)的查、算、插、驗(yàn)的手算制表，提供一種將太陽(yáng)真方位與觀測(cè)點(diǎn)的位置屬性、日期、時(shí)間屬性，天體(太陽(yáng))運(yùn)行屬性等關(guān)系方程，按照相應(yīng)的系列計(jì)算方法和能自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)處理，每秒給出一個(gè)太陽(yáng)真方位，供導(dǎo)航系統(tǒng)向位設(shè)備測(cè)差、校準(zhǔn)用的太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器。一種太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算方法，其特點(diǎn)是方法步驟為1.由時(shí)鐘發(fā)生器提供實(shí)時(shí)時(shí)間信號(hào)，到內(nèi)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的太陽(yáng)赤緯和時(shí)差數(shù)據(jù)庫(kù)提取相應(yīng)的赤緯和時(shí)差，根據(jù)測(cè)者經(jīng)緯度、時(shí)間和時(shí)差計(jì)算出真太陽(yáng)的地方時(shí)角；2.應(yīng)用測(cè)者經(jīng)緯度、太陽(yáng)的赤緯和時(shí)角，通過(guò)球面三角定義轉(zhuǎn)化成實(shí)用方程Aatan(加^co)(1)--sinptanfA:太陽(yáng)實(shí)時(shí)真方位；5:太陽(yáng)赤緯；t:真太陽(yáng)的地方時(shí)角；p:測(cè)量點(diǎn)緯度；根據(jù)上述方程算出太陽(yáng)實(shí)時(shí)真方位；3.根據(jù)上述算出的太陽(yáng)實(shí)時(shí)真方位減去通過(guò)測(cè)者經(jīng)緯度在海圖上所標(biāo)的磁差數(shù)據(jù)計(jì)算得到或通過(guò)英國(guó)政府磁差網(wǎng)上查取得到或從GPS取的磁差自動(dòng)修正得到的當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的磁差，得到精的太陽(yáng)磁方位。應(yīng)用上述方法制成的太陽(yáng)方位的自動(dòng)計(jì)算器，其特點(diǎn)是，它由時(shí)鐘發(fā)生器、電源、通信接口、組合鍵、CPU電路、信息顯示屏、設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、列表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器連接而成，所述的設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有測(cè)者經(jīng)煒度、時(shí)間設(shè)定數(shù)據(jù)、磁差；列表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有太陽(yáng)赤緯和時(shí)差數(shù)據(jù)庫(kù)；程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)流程二進(jìn)制代碼。本發(fā)明的發(fā)明效果是，將太陽(yáng)真方位與觀測(cè)點(diǎn)的位置屬性、日期、時(shí)間屬性，天體(太陽(yáng))運(yùn)行屬性等關(guān)系方程，按照相應(yīng)的系列算法，自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)處理，每秒給出一個(gè)太陽(yáng)真方位，供導(dǎo)航系統(tǒng)向位設(shè)備測(cè)差、校準(zhǔn)用；本太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器還提供太陽(yáng)真方位及其相關(guān)參數(shù)的查詢功能，根據(jù)給定條件，如測(cè)者位置、日期、時(shí)間屬性(時(shí)區(qū)時(shí)或格林時(shí)或視時(shí))，儀器立即給出結(jié)果包括太陽(yáng)真方位、太陽(yáng)赤緯、時(shí)差、地方時(shí)角、太陽(yáng)日出、日沒(méi)時(shí)間等，將使用者從以往煩瑣、緊張、費(fèi)時(shí)、易錯(cuò)的查、算、插、驗(yàn)中解放出來(lái)；本太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器還具備瞬態(tài)捕捉功能，能在常態(tài)太陽(yáng)真方位顯示中需要時(shí)立即定格，在靜態(tài)情況下査詢?cè)摃r(shí)刻詳細(xì)的與方位相關(guān)的參數(shù)以供研究；本太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器具備了可任意設(shè)置并應(yīng)用格林時(shí)或全球任意時(shí)區(qū)時(shí)的屬性，；本太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器具有通信接口，可與系統(tǒng)的數(shù)字向位儀連接，實(shí)現(xiàn)向位誤差自動(dòng)測(cè)算修正，通信接口還可提供動(dòng)態(tài)方位數(shù)據(jù)輸出、存儲(chǔ)、打印等。本太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器采用了4鍵設(shè)計(jì)，以菜單加復(fù)用鍵使操作簡(jiǎn)單清晰明了。圖1是求太陽(yáng)方位原理天球圖；圖2是解太陽(yáng)真方位的球面三角圖；圖3是本太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器系統(tǒng)的原理框圖；圖4是本太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器的電路原理圖；圖5是本太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器主程序流程圖。本發(fā)明的原理本太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器是一種以太陽(yáng)、地球運(yùn)動(dòng)規(guī)律與微處理器技術(shù)相結(jié)合的數(shù)字智能電子產(chǎn)品，根據(jù)天文測(cè)量原理，以地球?yàn)橹行?，太?yáng)與地球等效視距為半徑)橢圓運(yùn)行軌跡用時(shí)差來(lái)修正)看做一個(gè)圓球(天球)，如圖1所示，在天球的球面上以天球的天北極、測(cè)試者的天頂和天體(太陽(yáng))三點(diǎn)形成一個(gè)球面三角，如圖2所示，在天文球面三角中，根據(jù)余切定理求解天體方位主要函數(shù)有ctgA=ctg(90°-赤緯)*^11(90°-緯度ysin時(shí)角~cos(90°-緯度)*"§時(shí)角4g(赤緯"cos(緯度)/sin(時(shí)角)-sin(緯度;Tctg(時(shí)角)列出的方程為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>A:真太陽(yáng)實(shí)時(shí)真方位；^:太陽(yáng)赤緯；t:真太陽(yáng)的地方時(shí)角；p:測(cè)量點(diǎn)緯度。以上數(shù)據(jù)取測(cè)量者的船舶時(shí)間(陸地上取時(shí)區(qū)時(shí)間)，計(jì)算結(jié)果為太陽(yáng)對(duì)應(yīng)測(cè)量者當(dāng)時(shí)的視真方位。式中時(shí)角和赤緯都具有時(shí)間、日期屬性、位置屬性的函數(shù)，以往通過(guò)人工查表、內(nèi)插細(xì)分和計(jì)算，本發(fā)明則是通過(guò)編程由時(shí)間發(fā)生器發(fā)出的時(shí)間信號(hào)從數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)拾取公式中所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算。具體實(shí)施例方式太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由時(shí)鐘發(fā)生器、電源、通信接口、組合鍵、CPU電路、信息顯示屏、設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、列表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器連接而成，所述的設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有測(cè)者經(jīng)緯度、時(shí)間設(shè)定數(shù)據(jù)、磁差；列表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有太陽(yáng)赤緯和時(shí)差數(shù)據(jù)庫(kù)；程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)流程二進(jìn)制代碼。如附表1太陽(yáng)赤緯表，附表2時(shí)差表等的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。根據(jù)上述系統(tǒng)，l.由時(shí)間發(fā)生器提供實(shí)時(shí)時(shí)間信號(hào)，到內(nèi)存在設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的太陽(yáng)赤緯和時(shí)差數(shù)據(jù)庫(kù)提取相應(yīng)的赤緯和時(shí)差，根據(jù)測(cè)者經(jīng)緯度、時(shí)間和時(shí)差計(jì)算出真太陽(yáng)的地方時(shí)角；2.應(yīng)用測(cè)者經(jīng)緯度、太陽(yáng)的赤緯和時(shí)角，通過(guò)球面三角定義轉(zhuǎn)化成實(shí)用方程式(1)算出太陽(yáng)實(shí)時(shí)真方位；3.根據(jù)上述算出的太陽(yáng)實(shí)時(shí)真方位減去通過(guò)測(cè)者經(jīng)緯度在海圖上所標(biāo)的磁差數(shù)據(jù)計(jì)算得到或通過(guò)英國(guó)政府磁差網(wǎng)上查取得到或從GPS取的磁差自動(dòng)修正得到的當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的磁差，得到精的太陽(yáng)磁方位。如圖3所示的太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器系統(tǒng)，CPU采用8位單片機(jī)，組合鍵4鍵，分別為"菜單鍵"、"確認(rèn)鍵"、"前翻頁(yè)或減數(shù)鍵"和"后翻頁(yè)或增數(shù)鍵"，列表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器采用flash閃存，設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用I2C串行存儲(chǔ)器，通信接口通信接口采用RS232串行口，可以與系統(tǒng)導(dǎo)航設(shè)備連接通信，輸出動(dòng)態(tài)方位及相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)羅經(jīng)校差自動(dòng)化；與計(jì)算機(jī)、打印機(jī)相連接，可儲(chǔ)存、打印。信息顯示屏用雙行字符型液晶顯示器，以顯示主題太陽(yáng)方位和關(guān)聯(lián)副題與太陽(yáng)真方位有關(guān)的參數(shù)，時(shí)鐘發(fā)生器用串行時(shí)鐘芯片，可在微功耗情況下保證精確走時(shí)。太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器的電源采用雙電源，外接電源對(duì)整機(jī)提供工作電源，同時(shí)對(duì)電池進(jìn)行涓流充電，在整機(jī)關(guān)閉時(shí)由電池維持時(shí)鐘正常走時(shí)。太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器電路由圖4所示，它包括組合鍵電路l、CPU電路2、顯示屏電路3、CPU晶振電路4、復(fù)位電路5、通信接口串行驅(qū)動(dòng)電路6、時(shí)鐘電路7、I2C串行存儲(chǔ)器電路8和電源電路9。本太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)方位的自動(dòng)測(cè)算依賴于系統(tǒng)的程序軟件。程序軟件有8個(gè)部分系統(tǒng)主程序、鍵功能分析模塊、分析計(jì)算模塊、翻屏顯示模塊、設(shè)置模塊、査詢模塊、定格模塊、通信模塊等.圖5是系統(tǒng)主程序流程圖，開(kāi)機(jī)后系統(tǒng)首先進(jìn)入初始化初始化軟件內(nèi)部相關(guān)參數(shù)，裝入自編的專用顯示字符庫(kù)、提取設(shè)置數(shù)據(jù)至隨機(jī)存儲(chǔ)器(從I2C存儲(chǔ)器讀出至靜態(tài)變量)、初始化時(shí)區(qū)、初始化顯示屏(清屏及光標(biāo)定位)、初始化顯示頁(yè)(缺省屏太陽(yáng)真方位+時(shí)鐘)、初始化系統(tǒng)狀態(tài)(鍵分析用)等。主程序以100ms為周期循環(huán)流程，在循環(huán)體內(nèi)按照以下順序監(jiān)測(cè)按鍵動(dòng)作，刷新時(shí)間與日期，調(diào)用分析計(jì)算模塊得到所需數(shù)據(jù)，調(diào)用分屏顯示模塊顯示及從通信接口發(fā)送數(shù)據(jù)，等待至100ms至U，完成一次循環(huán)，回到循環(huán)體首部繼續(xù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)方位及相關(guān)信息的動(dòng)態(tài)顯示與輸出。由圖5所示，具體的操作步驟1.開(kāi)機(jī)2.超時(shí)沒(méi)有按鍵，每秒自動(dòng)計(jì)算及動(dòng)態(tài)顯示太陽(yáng)真方位或磁方位。有ENTER按鍵，鎖定當(dāng)前顯示數(shù)據(jù)。3.MENU鍵輪換到常態(tài)顯示/査詢/設(shè)置三種狀態(tài)。4.查詢顯示ENTER進(jìn)入，PREIVI/NEXT翻屏選擇相應(yīng)的選項(xiàng)，用ENTER鍵査詢相關(guān)信息。5.設(shè)置狀態(tài)ENTER進(jìn)入，PREIVI/NEXT翻屏選擇相應(yīng)的選項(xiàng)，用ENTER鍵査詢相關(guān)信息。6.任何狀態(tài)下無(wú)按鍵超時(shí)，進(jìn)入常態(tài)顯示。主要功能模塊說(shuō)明如下分析計(jì)算模塊的流程是，首先根據(jù)日期與時(shí)間查設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)，得出太陽(yáng)赤緯和時(shí)差，并以己知的測(cè)者位置(經(jīng)、緯度)計(jì)算出地方時(shí)角，再分別計(jì)算出日出、沒(méi)時(shí)間和方位，太陽(yáng)真方位等，計(jì)算的每一項(xiàng)都對(duì)緩存器更新(賦值給全局變量)，實(shí)現(xiàn)在同一條件下重復(fù)使用(例如翻屏等)；設(shè)置程序模塊流程是，由主程序進(jìn)入設(shè)置程序后，繼續(xù)等待鍵按下，或退出設(shè)置，鍵功能分析得出設(shè)置項(xiàng)目，設(shè)置項(xiàng)目有"時(shí)區(qū)"，"日期"，"時(shí)鐘"，"測(cè)者位置"等，進(jìn)入某一設(shè)置項(xiàng)目，輸入設(shè)置值，輸入后確認(rèn)繼續(xù)等待是否設(shè)置其它項(xiàng)目，或退出設(shè)置，返回到主程序循環(huán)；查詢程序模塊其作用是從鍵盤輸入查詢條件日期、時(shí)間、測(cè)者位置(經(jīng)緯度)，顯示給定條件下的太陽(yáng)真方位及相關(guān)信息，從主程序進(jìn)入査詢程序模塊后繼續(xù)等待按鍵，有鍵按下后經(jīng)過(guò)鍵功能分析執(zhí)行相應(yīng)的查詢條件輸入程序輸入數(shù)據(jù)，完成后程序流向繼續(xù)測(cè)試按鍵，等待執(zhí)行其它條件輸入，或轉(zhuǎn)向翻屏顯示模塊進(jìn)行顯示；定格功能模塊，功能是主程序在動(dòng)態(tài)顯示時(shí)捕獲當(dāng)時(shí)瞬間時(shí)刻的數(shù)據(jù)，進(jìn)行翻屏顯示，進(jìn)入定格功能，提取當(dāng)時(shí)時(shí)間和日期，分析計(jì)算后送入翻屏顯示模塊，同時(shí)繼續(xù)測(cè)試按鍵，直至退出定格功能返回到主程序；翻屏顯示模塊，翻屏顯示共有七屏，每屏上下顯示兩行，第1屏，第1行顯示太陽(yáng)方位，第2行顯示時(shí)區(qū)時(shí)；第2屏第1行顯示太陽(yáng)方位，第2行顯示日期；第3屏第l行顯示太陽(yáng)方位，第2行顯示太陽(yáng)赤緯；第4屏第l行顯示太陽(yáng)方位，第2行顯示太陽(yáng)時(shí)差；第5屏第l行顯示太陽(yáng)方位，第2行顯示地方時(shí)角；第6屏第1行顯示日出船時(shí)，第2行顯示日出方位；第7屏第l行顯示日沒(méi)船時(shí)，第2行顯示日沒(méi)方位，翻屏鍵功能為兩種，前翻后后翻，每一種鍵功能都是相對(duì)于當(dāng)前狀態(tài)的前翻1屏或后翻l屏，翻屏后僅改變了信息的顯示內(nèi)容，程序仍繼續(xù)翻屏前的流程項(xiàng)目。附表l:太陽(yáng)赤緯表(例表l頁(yè))，附表2:時(shí)差表(例表l頁(yè))。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算方法，其特點(diǎn)是方法步驟為1)由時(shí)鐘發(fā)生器提供實(shí)時(shí)時(shí)間信號(hào)，到內(nèi)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的太陽(yáng)赤緯和時(shí)差數(shù)據(jù)庫(kù)提取相應(yīng)的赤緯和時(shí)差，根據(jù)測(cè)者經(jīng)緯度、時(shí)間和時(shí)差計(jì)算出真太陽(yáng)的地方時(shí)角；2)應(yīng)用測(cè)者經(jīng)緯度、太陽(yáng)的赤緯和時(shí)角，通過(guò)球面三角定義轉(zhuǎn)化成實(shí)用方程A太陽(yáng)實(shí)時(shí)真方位；δ太陽(yáng)赤緯；t真太陽(yáng)的地方時(shí)角；測(cè)量點(diǎn)緯度；根據(jù)上述方程算出太陽(yáng)實(shí)時(shí)真方位；3)根據(jù)上述算出的太陽(yáng)實(shí)時(shí)真方位減去通過(guò)測(cè)者經(jīng)緯度在海圖上所標(biāo)的磁差數(shù)據(jù)計(jì)算得到或通過(guò)英國(guó)政府磁差網(wǎng)上查取得到或從GPS取的磁差自動(dòng)修正得到的當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的磁差，得到精的太陽(yáng)磁方位。2.應(yīng)用上述方法制成的太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器，其特征在于，它由時(shí)鐘發(fā)生器、電源、通信接口、組合鍵、CPU電路、信息顯示屏、設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、列表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器連接而成，所述的設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有測(cè)者經(jīng)緯度、時(shí)間設(shè)定數(shù)據(jù)、磁差；列表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有太陽(yáng)赤緯和時(shí)差數(shù)據(jù)庫(kù)程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)流程二進(jìn)制代碼。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器，其特征在于，所述的電源采用雙電源，外接電源對(duì)整機(jī)提供工作電源，同時(shí)對(duì)電池進(jìn)行涓流充電，在整機(jī)關(guān)閉時(shí)由電池維持時(shí)鐘正常走時(shí)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器，其特征在于，所述的通信接口采用RS232串行口，與系統(tǒng)導(dǎo)航設(shè)備連接通信。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器，其特征在于，所述的組合鍵為4鍵，分別為"菜單鍵"、"確認(rèn)鍵"、"前翻頁(yè)或減數(shù)鍵"和"后翻頁(yè)或增數(shù)鍵"。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器，其特征在于，所述的列表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器采用flash閃存，設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用I2C串行存儲(chǔ)器。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器，其特征在于，其電路主要包括組合鍵電路(1)、CPU電路(2)、顯示屏電路(3)、CPU晶振電路(4)、復(fù)位電路(5)、串行通信接口驅(qū)動(dòng)電路(6)、時(shí)鐘電路(7)、I"C串行存儲(chǔ)器電路(8)和電源電路(9)。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一太陽(yáng)方位的自動(dòng)計(jì)算方法，其特點(diǎn)是它由時(shí)間信號(hào)到數(shù)據(jù)庫(kù)提取赤緯和時(shí)差，根據(jù)測(cè)者經(jīng)緯度、時(shí)間和時(shí)差計(jì)算出真太陽(yáng)的地方時(shí)角；根據(jù)測(cè)者經(jīng)緯度、赤緯和時(shí)角，通過(guò)方程算出太陽(yáng)實(shí)時(shí)真方位，通過(guò)減磁差得到精的太陽(yáng)磁方位。自動(dòng)計(jì)算器由時(shí)鐘發(fā)生器、電源、通信接口、組合鍵、CPU電路、信息顯示屏、設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、列表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器連接而成。本發(fā)明的有益效果是，包括太陽(yáng)真方位、太陽(yáng)赤緯、時(shí)差、地方時(shí)角等能自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算并在屏幕上顯示，將使用者從以往煩瑣、費(fèi)時(shí)手算中解放出來(lái)，本太陽(yáng)方位自動(dòng)計(jì)算器還具有通信接口，可與通信導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)備連接。文檔編號(hào)G01C17/34GK101206118SQ20071017221公開(kāi)日2008年6月25日申請(qǐng)日期2007年12月13日優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日發(fā)明者盧冠鐘,鈉莊,戴耀存申請(qǐng)人:浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院