卫星高度角

卫星高度角（精选6篇）

卫星高度角 篇1

摘要：卫星高度角的截取对于GPS的观测成果和基线处理都很重要, 它的取值直接影响着获取卫星的数据范围。对GPS的精度和准度有很大的影响。

关键词：GPS,卫星高度角,研究,选择

前言

卫星高度角, 即卫星高度截止的仰角。在对GPS基线处理时, 对基线质量有显著的影响。基线是任意两台接受机同步观测解算而得的两点间的位置矢量。GPS的平差实质就是对基线的平差, 为确保基线的质量, 要对它们进行同步环的检测和异步环的检测。此外还要对基线进行改正数的统计, 总之, 基线的质量就是GPS的质量。要提高GPS的质量, 有必要对卫星高度角进行研究, 以确保基线的质量。

1 卫星高度角对基线影响的基本原理如图1。

从图上我们可以看出:卫星高度角直接影响着卫星的观测范围, 随着高度角的增大, 卫星的观测范围显著减小。由于GPS卫星受到影响的条件很多, 卫星高度角过低, 仰角小的卫星受到大气的影响较大, 卫星信号强度太弱, 信噪比低, 同时容易产生多路径效应。使数据中低质量的数据比重过大, 进而影响的数据的整体质量。卫星高度角过高, 使观测范围变小, 观测卫星数显著减小。同时人为造成卫星图形欠佳, 影响数据的准确度。通过一个实例来详细的说明。

2 测区概况

测区为平陆县曹川镇的丘陵区, 位于一个U型的山谷内。野外环境对GPS观测不利, 一面为山坡阻挡, 一面视野开阔。如图2。

测量的目地为一个滑坡监测进行控制测量, 精度要求达到E级。

3 野外观测

为确保质量, 同时尽可能的提高精度, 进行了观测时段为一小时的快速静态定位。在观测过程中, 时刻记录捕捉卫星的个数, 以便随时延长观测时间。GPS网图如图3。

其中有两个同步环, 环1、环2。有三条重复基线, B1-B2、B1-B3、B3-B2。B1、B2为起算点。

4 分组计算

对以上的观测数据分别从不同的卫星高度角进行三维无约束平差

(1) 高度角为20°, 历无间隔15″, 有2个同步环不合格, 异步环超限。这里不进行比较分析。

(3) 环1的高度为角35°, 环2的高度为角20°, 历元间隔都为15″, 对重复基线进行比较。见表2。

最大差值为B2-B1、为0.004m。

由于误差分布符合正态分布。调高某个高度角, 用采集的数据精度 (离散度很小) 很高, 其均值不一定靠近真值。适当调低高度角, 数据量很大, 卫星数据多, 离散度很大, 自身精度比上述要低, 但从正态分布的角度求平均值, 较靠近真值。

对以上的两种情况的三维无约束基线后边长进行改平与同名全站仪改平后边长比较见表3:

可以看出低高度角的准确度较高。所以尽可能不要提高高度角达到表面质量的合格, 应尽可能地让更多的数据参与平差, 提高数据的准确度。

5 结论

(1) 卫星高度角一般在20°为宜, 不宜过大, 过大虽然表面质量满足, 但准确度不高。 (2) GPS技术对视野要求很高, 尽可能地选择好的

(2) 高度角为35°, 历无间隔15″, 全部为合格, 对重复基线进行比较。见表1。

最大差值为B2-B1、B1-B3边, 为0.008m。点位有益于提高GPS精度。 (3) 对GPS的结果应进行多方面的检查, 以防出错。

参考文献

[1]张勤, 李家权.GPS测量原理及应用[M].北京:科学出版社, 2005.

卫星高度角 篇2

【举例学生练习：】见学案：太阳直射点的地理纬度是10°N,北京( 120°E 40°N)的正午太阳高度是多少?亚马孙河口(50°W 0°)的正午太阳高度是多少呢?【注意：正午太阳高度只与纬度相关与经度无关】

㈣、正午太阳高度的应用

⑴确定房屋的朝向：北回归线以北的房屋大多坐北朝南，南回归线以南的房屋大多坐南朝北。

⑵确定楼距：【相关知识：一年中影子最长的时候，只有不遮光，则一年中均有阳光】尤其是回归线以外，北回归线以北，计算冬至(12月22日)的影长，南回归线以南，计算夏至(6月22日)的影长 ，如图所示：

H为正午太阳高度 L 为楼距 h 为楼高

公式为：h/L =tanH 。

⑶热水器夹角的调整：如图所示：从图中可以判断 α +H=90° H=90°- 两地的纬度差

则α= 地理纬度- 直射点

(四)思考练习见学案：北京的热水器与地面的最大夹角为多少?是什么节气?最小夹角为多少?是什么节气?一年中调整的最大幅度为多少?试推出。

总结：本节的主要内容是正午太阳高度的分布规律、计算公式和应用，都是重点内容，一定要掌握其规律，理解灵活运用。

(五)课下作业 见学案：30°N处，楼高为25米，楼距为25米，则一年中约有几个月挡住太阳光?预习昼夜长短的变化规律和四季与五带的更替。

课堂小结：本节课重在理解正午太阳高度的计算，通过其应用进一步理解正午太阳高度的相关知识。

卫星高度角 篇3

卫星高度计可以快速准确的测得全球的海表面高度, 同时能够获得海洋遥感探测中重要的海面有效波高和风速等信息, 其测高精度已经达到厘米级[1]。卫星高度计对于海表面的测量可以全天候下覆盖绝大多数的地球海洋表面。和传统的地基观察站、验潮站以及浮标数据相比具有高密度、高分辨率的特点。可以有效应用于海洋研究和国防经济建设之中。星载雷达高度计的发展已有数十年[2], 技术日趋成熟, 是一种测量能力强、应用前景广阔的海洋微波遥感器[3]。

二、求算方法

海表面高度需要经过计算得出, 在高度计的数据产品之中没有海表面高度这一参量。其计算方法为轨道高度 (altitude) 减去卫星距离海表面的瞬时距离 (range) , 还需要添加各项校正项[4]。添加除海况偏差校正之外所有地球物理校正项后的海表面高度可以表示为:

其中校正项依次为:大气湿对流层校正、大气干对流层校正、ku波段电离层校正, 大气逆压校正、海洋潮汐校正、固体地球潮校正、极潮校正、海况偏差校正等。海表面高度为海平面距离地球参考椭球面距离。

本文选用Jason-2高度计数据进行计算。高度计采用周期重复轨道运行[5], 理论上来说每个周期的对应测量点经纬度信息应该相同。但是由于光压, 大气层等因素的作用真实的卫星各周期的对应测量点位置并不严格重复, 两列测量点位置之间有微小的偏差, 并不是严格重复。简而言之, 对高度计数据的共线处理就是确定一条参考轨迹, 并利用实际轨迹上的所有观测值求算出参考轨迹上参考点的值。由于地球为一两极略扁的椭球体, 因此高度计运行的轨道可以看作为圆形。

理论上可计算出所有周期统一测量点的经纬度信息, 并将所有计算后的点相连即可得到参考轨道[6]。但是由于上述理论复杂, 在此采用一种较为快速方便的方法可以近似得到参考轨道。选取所有周期中逐个按照pass序号计算其包含的测量点数, 再将在所有周期中点数最多某一序号pass取出作为参考轨迹的该序号pass存储。将所有254个pass挑选出后即可组成整个一套参考轨迹。上述方法方便快速并且经过验证精准度与理论计算得出的参考轨迹一致。图2即为所采用的参考轨道。

经过数据提取并计算, 得到各测量点数据的经度 (Lon) 、纬度 (Lat) 、海表面高度 (SSH) 、有效波高 (SWH) 、风速 (U) 。本文选取Jason-2高度计共144个重复周期的GDR数据, 对海表面高度SSH进行共线处理。

确定参考轨迹后可根据实际测量值按照距离加权平均法求出所有参考点处相应共线后参量值。假设参考轨道任一参考点A的经度为λ、纬度为ϕ, 将A点的纬度ϕ作为参考, 选取不同周期的同一pass编号第i条实际轨道, 从该轨道上选取与参考纬度ϕ距离最小的k个点 (Q1, Q2……Qk) , 将这k个点进行加权平均处理, 计算出A点海面高SSHcoll, 加权平均值的公式:

式中SSHi是第i个点的海表面高度观测值。wk是第k个点对应的权值, 该值为实测点距离参考点的距离反比。换另外编号的pass重复上述过程将所有周期所有测量点均做共线处理。并把所有求算出的参考点海面高求平均即得参考轨迹的海表面高度。

三、计算结果

经过共线处理以后, 参与共线高度计数据的所有cycle中的经纬度信息将会统一, 最终得到的数据集包括经度 (Lon) 、纬度 (Lat) 、海表面高度 (SSH) 、有效波高 (SWH) 、风速 (U) 。

此时的经度纬度相同pass编号的信息是相同的。按照求得的共线海表面高度, 对每一个参与共线cycle的数据逐一进行共线处理, 将会得到一个每个参考点均有144组共线海表面高度SSHcoll, 将该值求平均即可得出平均共线海表面高度MSSHcoll。部分平均海表面高度如表1所示:

由此可以得到全球的海表面高度分布, 如图:

四、总结

本文通过提取Jason-2卫星高度计数据, 将共144个cycle的数年测量数据进行共线处理得到每个测量点对应的共线海表面高度, 在对该海表面高度求均值得到了全球的平均共线海表面高度。由计算结果可以看出印度洋以及大西洋西部和太平洋东部海域海平面相对参考椭球面较低。这一方法可以在短时间得到全球范围内实用的海表面高度, 可以为将来的时间大尺度条件下海平面变化提供数据支持, 并能够通过控制月测量数据, 季测量数据以及年度测量数据和5年10年等尺度进行平均, 及时对海平面变化进行分不同时间尺度的监测。

参考文献

[1]Labroue S, Gaspar P, J Dorandeu, Zanife O Z, et al.Non parametric estimates of the sea state bias for the Jason-1 radar altimeter[J].Marine Geodesy 2004, 27 (3-4) :453-481.

[2]Fu, L.L., Anny Cazenave.Satellite altimetry and earth sciences:a handbook of techniques and applications[M].Academic Press, 2001:57~64.

[3]王广运, 王海瑛, 许国昌.卫星测高原理[M].北京:科学出版社, 1995.7-13

[4]CNES, NASA.AVISO and PODAAC User Handbook–IGDR and GDR Jason Products[M].US:Physical Oceanography DAAC, 2008.1-4

[5]翟国君, 黄漠涛, 谢锡君等.卫星测高数据处理的理论与方法[M].北京:测绘出版社, 2000:106-107.

南京冬至日太阳高度角计算公式 篇4

冬至日太阳高度角计算方法可以由一个公式得出，只需要知道你的经纬度即可。

冬至日太阳高度角计算公式：An=90°-(B1+B0)，AN为太阳高度角，B1为城市纬度，B0为回归线纬度=23°26′。

南京的纬度为32°03′，那么代入公式就得出：

南京冬至日太阳高度角=90°-(32°03′+23°26′)=34°71′。

在南京历史上，有“冬至大似年”一说。冬至习俗是非常丰富的，主要有“烧包数九吃豆腐”。“烧包在老南京人的说法里，就是烧一包一包的纸钱!”此举主要是祭奠先祖。而“数九”则是一个歌谣，由于天气寒冷，人们只能“屈指”度日，通过对于天气寒暖、物候以及人事物事的观察，联缀了九九歌，广泛流传，以数九消寒。

太阳高度角和方位角的计算算法 篇5

目前有关太阳高度角和方位角计算的天文学公式以及编程语言和工具都非常之多, 所以找到一组误差小, 精度高的天文学计算公式和简单易操作的编程语言具有很重要的意义。本文结合天文学公式, 运用VB编辑语言进行编程实现太阳高度角和方位角的计算, 并对这种计算算法进行实验以检验其可行性。

2天文学计算公式的确定

2.1天文背景知识

在天文学中, 地心天球被定义为以地心为圆心, 以无限远处为半径的球体。太阳在天球上的位置是时刻变化的, 一般使用赤道坐标系和地平坐标系两种天球坐标系来确定太阳在天球上的位置。

2.2赤道坐标系

2.3地平坐标系

2.4真太阳时公式的确定

真太阳时的计算受到两项误差的影响, 一是由于经度引起的误差, 即与东经120º存在的时间差;二是由于真太阳时差引起的误差, 所以需要对两项误差进行修正。首先先修正经度误差:

其次修正时差E引起的误差:

综合上述两项修正结果可得真太阳时计算公式:

3运行结果与分析

如图1, 在界面上输入当地经度、纬度、日期、时间就可计算出太阳的高度角和方位角并显示在界面上。本次试验选择地点为锦州市 (取东经121°45’, 北纬41°25’) , 2014年6月6日8:00~16:00时间段。由图1计算出的太阳高度角和方位角分别绘制出两者随时间变化的曲线。如图2和图3。

由图2和图3的实验结果分析可知, 运用本文的计算算法计算出的太阳高度角和方位角的变化规律符合常规规律, 所以本文结合天文学公式, 运用VB语言实现太阳高度角和方位角的计算算法是可行有效的。

4总结

本文使用VB编辑语言并结合天文学公式编写代码可以实现太阳高度角和方位角的计算需求, 此外代码简单, 所占存储空间小, 选用的天文学公式也较精准。VB编辑器操作简单、易学。此外, 太阳高度角和方位角的确定是太阳自动跟踪系统的关键, 同时其计算的精确度严重影响太阳自动跟踪系统的精确度。由此可知, 本文对于太阳高度角和方位角的计算算法的研究对太阳跟踪技术具有很重要的实际意义。

参考文献

[1]王海军.基于阴晴判断的混合双轴太阳跟踪控制系统[D].武汉理工大学硕士学位论文, 2012.

卫星高度角 篇6

太阳方向自动跟踪是提高太阳能利用的有效手段。与固定式相比,单轴跟踪可以提高20%以上,双轴跟踪可以提高30% 以上[1],全自动式可以提高发电量的35%[2]。由于跟踪精度影响跟踪效率,因此人们都竞相开发高精度的实时跟踪系统.比如有些双轴跟踪精度为2°[1],美国阿尔法公司的全自动跟踪太阳能发电设备的跟踪精度为0.5°[2],还有二维程控太阳能跟踪器的精度达0.25°[3]。为配合这个跟踪精度,要么使用跟踪精度高达0.018 75°的步进电机[3],要么使用带减速机构和齿轮减速机构级联[1]。但是高精度往往意味着高投入和系统的高复杂性,而我们具体的应用究竟需要多高的跟踪精度目前并没有统一的说法。虽然文献[4,5,6,7]也建立了数学模型对跟踪系统进行预测和分析,但是都是基于按月统计固定式与跟踪式的性能差别。为更好的利用太阳能,简化太阳能光伏跟踪系统,有必要专门研究一天中太阳相对辐射通量变化率与跟踪精度的关系。

1 太阳光直接辐射强度

日-地距离的变化使得一年中垂直于光线的单位面积上所接收到的太阳辐射通量有±3.4%的变化。为研究方便,取日-地平均距离,则大气层外的太阳能直接辐射强度为太阳能常数Isc。太阳辐射能在通过大气层时会产生一定的衰减,表征大气对辐射衰减程度的重要参数就是大气透明度和大气质量[8]。根据布克-兰贝特定律,设r为目地间距引起的修正值,m为大气质量,p2为将pm修正到m=2的透明度,计算垂直于太阳的光表面上的直接辐射强度I公式为[9]:

${\rm I}=r{\rm I}{}_{\text{s}\text{c}}p{}_2^m(1)$

大气大气透明度和大气质量之间有着复杂的关系,但是对于大多数地方来说,根据各地相关资料可以确定四季的大气透明度。一天中,随着地球自转,太阳光直接辐射强度的变化很大,为了应用上的方便,可以将m值换成太阳高度角。日地平均距离时各种大气透明度下直接辐射的平均辐射强度随太阳高度角的变化表如表1所示[9]。原表中数据由于单位cal/(cm2·min)是非标准单位并且使得各值太小,对建立模型仿真而言,误差太大,所以将它的单位转换为mW/cm2。转换公式:1cal=4.186 8 J。

我们可以利用这个表,根据太阳高度角可以查出某一透明度条件下的辐射强度值。

2 太阳能电池板高度角自动跟踪模型

为方便计算,假设一天中跟踪高度角跟踪范围是15～90°,太阳辐射强度为I=rIscp${}_m^m$,随时间推移,太阳光产生角位移α。

太阳能电池板的自动跟踪几何模型如图1所示,在日地平均距离条件下,设图1中初始太阳高度角为15°,初始太阳辐射强度为I0,太阳能电池板的初始位置为垂直于太阳光。为方便计算,将表1中的数据处理,结果表明太阳高度角在15～90°(7点到12点间)间太阳辐射强度成线性增强,即I=I0+kt,其中k为线性系数,t为时间变量。太阳辐射强度为I。假设太阳光线转动随时间推移而转动一个小角度α(短时间),则在法线方向的太阳辐射强度为:

${\rm I}{}_{\text{Η},\text{b}}=({\rm I}{}_0+kt)\cos \alpha (2)$

将式(1)对时间进行积分,则垂直于太阳光线的太阳辐射通量为:

${{\rm H}}^{\prime }{}_{\text{Η},\text{b}}={\displaystyle {\int }_0^t(}{\rm I}{}_0+kt)\cos \alpha \text{d}t(3)$

而时间和转动的角度的关系为$\text{d}t=\frac{{\rm T}}{2\text{π}}\text{d}\alpha ({\rm T}$为常量24 h),则上式变为:

${{\rm H}}^{\prime }{}_{\text{Η},\text{b}}=\frac{{\rm T}}{2\text{π}}{\displaystyle {\int }_0^{\alpha }\left({\rm I}{}_0+\frac{{\rm T}}{2\text{π}}k\alpha \right)}\cos \alpha \text{d}\alpha (4)$

经运算可得:

${\rm H}{}_{\text{Η},\text{b}}=\frac{{\rm T}}{2\text{π}}[{\rm I}{}_0\sin \alpha +k(\alpha \sin \alpha +\cos \alpha -1)](5)$

假设在α角度内实行实时跟踪,则太阳辐射通量为:

${{\rm H}}^{\prime }{}_{\text{Η},\text{b}}={\displaystyle {\int }_0^t(}{\rm I}{}_0+kt)\text{d}t(6)$

经运算并换算为α关系可得:

${{\rm H}}^{\prime }{}_{\text{Η},\text{b}}=\frac{{\rm T}}{2\text{π}}\left({\rm I}{}_0\alpha +\frac{{\rm T}}{4\pi }k\alpha {}^2\right)(7)$

在转动α角度后的相对太阳辐射通量变化率为:

$\begin{array}{l}\sigma =1-\frac{{\rm H}{}_{\text{Η},\text{b}}}{{{\rm H}}^{\prime }{}_{\text{Η},\text{b}}}\\ =\left[1-\frac{{\rm I}{}_0\sin \alpha +k(\alpha \sin \alpha +\cos \alpha -1)}{{\rm I}{}_0\alpha +\frac{{\rm T}}{4\text{π}}k\alpha {}^2}\right]\times 100％(8)\end{array}$

3 数据处理和仿真

表1的直观性不强,不易看出数据间的联系。为分析方便,笔者从表1中截取15～90°的数据作图,建立了太阳能电池板的自动跟踪几何模型,如图2所示。

将高度角15～90°间太阳辐射强度线性化处理,即I=I0+kt。根据式(5)可知,只要能确定I0和k的值,就可以得到太阳光线的相对辐射通量变化率σ随太阳高度角的函数关系。

表2中最后一组的大气透明度值M是假设某天在高度角为15°时大气透明度很低,然后一直平滑过渡到大气透明度最好的情形(如某天上午由大雾到完全晴朗等)。k的意义是每分钟太阳辐射强度的变化率。这样可以作出7条曲线如图3所示。

4 仿真结果分析

图3中的上面一个图是最小跟踪角α从0°增大到50°(弧度值:0.872 7)时的7种天气透明条件下的太阳光线的相对辐射通量变化率,下面一个图是最小跟踪角α从0°增大到10°(对应弧度值:0.174 5)时的7种天气透明条件下的太阳相对辐射通量变化率。M曲线是大气透明度值为M时的情形,其它曲线是大气透明度依次增大。可以看出,大气透明度变化剧烈时,曲线变化最大;大气透明度越高,曲线越平缓,说明在相同的最小跟踪角度α条件下对太阳相对辐射通量变化率影响越小。最小跟踪角度α的值为10°时(对应时间40 min),大气透明度变化剧烈时太阳相对辐射通量变化率为1.2%,大气透明度越高,太阳相对辐射通量变化率越小,最高透明度情况下仅为0.6%,一般透明度情况下在0.8%左右。也就是说对于太阳能光伏发电自动跟踪系统而言,跟踪精度是10°(40 min跟踪一次),太阳能电池板的接收面的太阳相对辐射通量仅变化0.8%。

结论表明:对于非聚焦的太阳能光伏自动跟踪应用方面,高精度方向跟踪对光伏效率提高不显著。适当降低跟踪精度可以减少太阳能电池板的跟踪摆动,提高其运行稳定性,降低功耗和成本,提高可靠性。

该结论对于设计人员有指导意义。我们不必一味追求高跟踪精度,而应该根据实际需要,选择合适的跟踪精度。高性能低成本是设计制造跟踪系统应该追求的目标。

摘要：考虑大气透明度的影响,根据太阳直接辐射强度公式,建立太阳能光伏电池板的高度角自动跟踪模型。数据处理结果表明一天中太阳直接辐射强度与时间成线性关系,从而得到太阳相对辐射通量变化率跟跟踪精度的关系。仿真结果表明:在75°高度角的跟踪范围内,即使角度差为10,°太阳相对辐射通量变化率也仅为0.8%。对于非聚焦的太阳光伏发电系统的方向跟踪而言,精度无需太高,高性能低成本是设计制造跟踪系统应该追求的目标。

关键词：太阳能,自动跟踪,精度,高度角

参考文献

[1]伍春生,刘四洋,彭燕昌,等.光伏发电自动跟踪系统的研制[C].中国太阳能光伏进展,2006:536-540.

[2]任家东,刘永山,何海涛,等.全自动跟踪太阳能发电设备的计算机测控系统[J].计算机工程与科学,1999,21(3):75-76.

[3]饶鹏,孙胜利,叶虎勇.两维程控太阳跟踪器控制系统的研制[J].控制工程,2004,11(6):543-545.

[4]Evans D L.Simplified method for predicting photovoltaicarray[J].Solar Energy,1981,27(6):555-560.

[5]Ineichen P,Zelenka A,Guisan O,et al.Solar radiationtransposition models applied to a plane tracking the sun[J].Solar Energy,1988,41(4):371-377.

[6]Ai Bin,Shen Hui,Ban Qun,et al.Calculation of the hour lyand daily radiation incident on three step tracking planes[J].Energy Conversion and Management,2003,44:1 999-2 011.

[7]Helwa N H,Bangat A B G,ELShenawy E T.Computation ofthe solar energy captured by different solart racking systems[J].Energy Source,2000,22:35-44.

[8]郭延玮,刘鉴民.太阳能的利用[M].北京:科学技术文献出版社,1987:34-56