[发明专利]基于空间向量的太阳影子全球时空定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及全球时空定位领域。

背景技术

影子的长度变化，与物体所在地球的位置以及太阳直射点的位置有关。太阳光线所在直线，物体的垂直高度所在直线和影子之间是一个封闭的三角形，根据上述各因素之间的关系以及理论基础，定量的找到物体所在的时空与影子长度变化的关系。

目前在全球定位领域，主要是借助卫星等设备实现定位，需要投入大量的人力、物力及财力。而利用太阳影子长度变化进行全球时空定位的技术还处于萌芽时期，相关研究较少。

太阳直射点是地球表面太阳光入射角度(即太阳高度角)为90度的地点，它是地心与日心连线和地球球面的交点，太阳直射点所在的经线的地方时为正午12时。活动规律为：春分(3月21日前后)，太阳直射点在赤道(0°)，此后北移。夏至(6月22日前后)，太阳直射点在北回归线(23°26′N)上，此后南移。秋分(9月23日前后)，太阳直射点在赤道(0°)，此后继续南移。冬至(12月22日前后)，太阳直射点在南回归线(23°26′S)上，在此之后向北移动。

直射点经度即太阳高度最大(太阳上中天)的经线，地方时12：00的经线；直射点纬度即正午太阳高度为90°的纬线，直射点的纬度大小与极昼或极夜出现的最低纬大小互余；直射点纬度大小等于极昼的极点的太阳高度(或正午太阳高度)大小。

若知道照片或视频的拍摄的北京时间，根据地球时区的划分可找到太阳直射点经度。

某日(R)太阳直射点的地理纬度位置的计算公式为：某日(R)太阳直射点的地理纬度位置＝23°26′N-R-6月22日*(23°26′*4/365)，此公式只能大致计算一年当中某日太阳直射点的纬度位置，计算结果若是正值，则为北纬；若为负值，则为南纬；R为某日日期，R-6月22日为该日与6月22日相差的天数，(23°26′*4/365)为太阳直点一日内移动的纬度距离(假设其移动是匀速的)。

如图1所示，球坐标r∈[0,+∞)，θ∈[0,π]与直角坐标(x,y,z)转换关系为：z＝r·cosθ。

发明内容

本发明是为了解决在突发状态下无法借助电力、卫星等设备实现定位，而提出的基于空间向量的太阳影子全球时空定位方法。

基于空间向量的太阳影子全球时空定位方法按以下步骤实现：

步骤一：将地球等效成单位球建立球坐标系；

将北京时间作为时间的参考基准，以地轴为z轴，太阳直射点经度所在经线和赤道的交点与地心连线的所在直线为y轴，太阳直射点向西90°的经度所在经线和赤道的交点与地心连线的所在直线为x轴，所述y轴时间恒为中午12:00，x轴时间恒为早上6:00；

步骤二：太阳光线照射方向的反方向直角坐标单位向量的获得，其中所述β为太阳直射点的纬度；