一種基于FPGA的太陽(yáng)跟蹤器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

　　1．2 地平坐標(biāo)系

　　地平坐標(biāo)系用高度角和方位角來(lái)描述太陽(yáng)的位置，已知太陽(yáng)赤道坐標(biāo)系中的赤緯角和時(shí)角，可以通過球面三角形的變換關(guān)系得到地平坐標(biāo)系的太陽(yáng)的高度角和方位角。如圖1所示，該天球是以觀測(cè)者為球心，任意距離為半徑的假想球，對(duì)于天球上各點(diǎn)之間的距離，只討論它們之間的角距而不考慮它們的線長(zhǎng)。M和N分別為天球上的南北天極。P點(diǎn)為觀測(cè)者的鉛垂線與天球的交點(diǎn)，P點(diǎn)的地理緯度為φ，S為太陽(yáng)在天球中的位置。S的赤緯度為δ，觀測(cè)者的鉛垂線OP與地心與太陽(yáng)連線的夾角叫做天頂角，天頂角和太陽(yáng)的高度角互補(bǔ)。角A為太陽(yáng)的方位角。

　　根據(jù)球面三角形的邊的余弦公式描述，即一邊的余弦等于其他兩邊余弦的乘積，加上這兩邊正弦及其夾角余弦的乘積，在天球的半徑不是確定值。因此描述天球上的圓弧通常用圓弧所對(duì)應(yīng)的角度來(lái)表示弧長(zhǎng)。在球面三角形NPS中，三邊為弧NP、弧NS、弧SP，分別用角度90-φ，90-δ，τ表示。采用球面三角形邊的余弦公式：

　　高度角-方位角跟蹤又叫做地平坐標(biāo)系雙軸跟蹤系統(tǒng)，采光板的方位軸垂直于地平面，另一根軸與方位軸垂直，稱為俯仰軸。工作時(shí)采光板根據(jù)太陽(yáng)的視日運(yùn)動(dòng)繞方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)改變方位角，繞俯仰軸作俯仰運(yùn)動(dòng)改變采光板的傾斜角，從而使采光板與太陽(yáng)光線垂直。這種跟蹤系統(tǒng)的特點(diǎn)是跟蹤精度高，而且采光板裝置的重量保持在垂直軸所在的平面內(nèi)，支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較容易。在本文中采用了高度角一方位角跟蹤進(jìn)行設(shè)計(jì)。