[发明专利]基于空间向量的太阳影子全球时空定位方法

摘要

基于空间向量的太阳影子全球时空定位方法，本发明涉及全球时空定位方法。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的问题。本发明将地球等效成单位球建立球坐标系，求得一元非线性方程，根据一元非线性方程，若已知照片或视频中影长的数据，可求得参考物所在的地球的经纬度位置，若已知参考物所在的地球的经纬度位置，可求得太阳直射点的经纬度位置。本发明不仅具有省时省力、节约成本等优点，尤其是在突发状态下，不需要借助卫星等设备即可实现定位，在全球定位领域、军事侦察等方面都有重大意义。本发明应用于全球时空定位领域。

主权项

基于空间向量的太阳影子全球时空定位方法，其特征在于，所述定位方法包括以下步骤：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；步骤三：参考物垂直于地球表面向外直角坐标单位向量$\stackrel{\→}{B}=(\cos \mathrm{\α}\·\cos (\mathrm{\ω}+\frac{\mathrm{\π}\·N_i}{720}),\cos \mathrm{\α}\·\sin (\mathrm{\ω}+\frac{\mathrm{\π}\·N_i}{720}),\sin \mathrm{\α})$的获得，其中所述α为参考物所在地球的纬度，所述ω为参考物的经度和地轴所在的平面与x，z轴所在平面的二面角，N_i为第i张照片与第1张照片的相隔时间，i的取值为1,2,3.....n，每相邻两张照片的时间间隔大于等于3分钟，小于等于30分钟；步骤四：一元非线性方程的获得；根据向量的夹角关系及参考物长度和影长的几何关系得到：$L_s=L\·tan\[arccos(cos\mathrm{\β}\·cos\mathrm{\α}\·sin(\mathrm{\ω}+\frac{\mathrm{\π}\·N_r}{720})+sin\mathrm{\β}\·sin\mathrm{\α})\]---\left(1\right)$对公式(1)进行整理得到：$\mathrm{\ω}=arcsin\{\[cos\left(arctan\right(L_s/L\left)\right)-sin\mathrm{\β}\·sin\mathrm{\α}\]/(cos\mathrm{\β}\·cos\mathrm{\α})\}-\frac{\mathrm{\π}\·N_i}{720}---\left(2\right)$$W=\mathrm{\ω}+\mathrm{\φ}-\frac{\mathrm{\π}}{2}---\left(3\right)$其中所述L为参考物的长度，L_s为参考物影子的长度，W为参考物所在的地球的经度，φ为太阳直射点的经度；可得到W为因变量，α为自变量的一元非线性方程：$W=\arcsin \{\[\cos \left(\arctan \right(L_s/L\left)\right)-\sin \mathrm{\β}\·\sin \mathrm{\α}\]/(\cos \mathrm{\β}\·\cos \mathrm{\α})\}+\mathrm{\φ}-\frac{(360+N_i)\·\mathrm{\π}}{720}---\left(4\right)$步骤五：在步骤四的基础上，根据一元非线性方程，求得参考物所在的地球的经纬度位置；通过m张照片和视频中影长的数据，可联立求得参考物所在的地球的经纬度位置，m﹥10；若W≤180°，W的东西经判断与φ一致，得参考物所在的地球的经纬度(W,α)；若W>180°，W的东西经判断与φ相反，并且根据地球经纬度的划分规则，得参考物所在的地球的经纬度(2π‑W,α)。