專利名稱：測量太陽指向方向與輻射計光軸夾角的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽輻照度測量領(lǐng)域，具體涉及到使用太陽跟蹤方式測量太陽輻照度時太陽指向方向與輻射計光軸夾角的測量方法。
背景技術(shù)：
采用太陽跟蹤方式測量太陽輻照度的方法，將腔型絕對輻射計放置在太陽跟蹤系統(tǒng)上，跟蹤系統(tǒng)調(diào)節(jié)輻射計方向使其實時指向太陽測量。跟蹤系統(tǒng)由運(yùn)動機(jī)構(gòu)、反饋控制系統(tǒng)和角度輸出單元(通常是太陽敏感器)組成。太陽敏感器采用小孔成像原理將在其視場中的太陽成像到面陣CCD上，通過計算太陽像偏離CCD原點的位置，計算出此刻的觀測太陽方向，通過反饋控制系統(tǒng)驅(qū)動運(yùn)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動，調(diào)節(jié)太陽指向方向，直到太陽在C⑶上的成像落在C⑶原點上。至此太陽跟蹤系統(tǒng)完成對日定向功能。太陽敏感器實時反饋太陽觀測角度信息，控制太陽指向系統(tǒng)實時指向太陽。腔型絕對輻射計測量太陽輻照度，輻射計視場由視場光闌和主光闌共同確定，如圖1所示。為了減小雜散光、背景輻射等誤差項的影響，輻射計視場通常設(shè)計的很小(9 3 ^ 2° )。由于太陽的張角為0.5° ,如果太陽光入射方向偏離福射計光軸,不僅僅會引入過多的雜散光，還會造成測量不到完整的太陽輻射，產(chǎn)生不準(zhǔn)確的測量結(jié)果。所以需要測量并且修正太陽指向方向與輻射計光軸的夾角，使太陽指向系統(tǒng)精確指向太陽時，太陽光能夠沿著福射計光軸入射?，F(xiàn)有的測量太陽指向方向與輻射計光軸夾角的方法，由圖1可見，輻射計光軸方向為垂直于主光闌平面的方向，需要先將主光闌平面法線方向引出，由經(jīng)緯儀測量主光闌法線方向，然后將太陽指向系統(tǒng)中的角度測量輸出單元(通常是太陽敏感器)的光軸引出，用經(jīng)緯儀測量其光軸方向，通過測量的這兩個方向計算出太陽指向方向與輻射計光軸的夾角。在輻射計裝配和安裝完成后，從主光闌平 面引出其法線方向變得很困難，需要經(jīng)過多層轉(zhuǎn)化，將此平面法線方向轉(zhuǎn)化成易于測量的方向，轉(zhuǎn)化過程帶來了額外的誤差，使測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有測量太陽指向方向與腔型絕對輻射計光軸夾角的測量方法中將輻射計光軸引出時帶來的不便與誤差的問題，提出了一種測量太陽指向方向與輻射計光軸夾角的方法，實現(xiàn)簡單直接的測量。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:測量太陽指向方向與輻射計光軸夾角的方法，包括以下步驟:步驟一:根據(jù)輻射計視場設(shè)計參數(shù)計算輻射計全視場角2 0 1、半強(qiáng)度視場角2 0 2和無遮攔視場2 0 3，根據(jù)輻射計對不同視場的功率響應(yīng)變化規(guī)律，描出功率響應(yīng)隨入射角度變化的理論梯形曲線；步驟二:將輻射計安裝到太陽指向系統(tǒng)中，利用模擬太陽光源照射，首先由太陽指向系統(tǒng)測量光源入射角度Θ，然后由輻射計測量在此角度下的輻射計功率響應(yīng)值，連續(xù)改變光源入射角度Θ，使其在-Q1N Q1之內(nèi)變化，測量輻射計在不同光源入射角度的功率響應(yīng)值，得出實際測量的輻射計功率響應(yīng)隨入射角度變化的歸一化梯形曲線；
步驟三:確定實際測量的歸一化梯形曲線上底中點位置的垂線對應(yīng)的角度與理論梯形曲線對稱軸對應(yīng)角度的差值，該差值為太陽指向方向與輻射計光軸夾角。
本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所述的測量方法，是根據(jù)絕對輻射計對不同視場的功率響應(yīng)變化規(guī)律，描出功率響應(yīng)隨入射角度變化的理論梯形曲線，進(jìn)而確定理論曲線對稱軸對應(yīng)角度；通過實際測量射計在不同光源入射角度的功率響應(yīng)值，得出實際測量的輻射計功率響應(yīng)隨入射角度變化的歸一化曲線，進(jìn)而確定實際測量梯形曲線上底中點對應(yīng)的角度；計算實際測量梯形曲線上底中點對應(yīng)的角度與理論曲線對稱軸對應(yīng)角度的差值絕對值，即為太陽指向方向與 輻射計光軸夾角，這種方法操作簡單，精度高，避免了現(xiàn)有測量方法中需要引出輻射計光軸和太陽指向方向，需要額外的測量角度的設(shè)備帶來的誤差和不便。


圖1為輻射計視場示意圖。
圖2為輻射計視場內(nèi)功率響應(yīng)變化示意圖。
圖3為太陽指向方向與輻射計光軸夾角計算方法示意圖。
圖中:1、理論梯形曲線，根據(jù)輻射計設(shè)計視場給出的輻射計功率響應(yīng)隨光源入射角度變化的曲線，2、歸一化梯形曲線，實際測量的輻射計功率響應(yīng)隨太陽跟蹤系統(tǒng)測量的光源入射角度變化的曲線，3、實際測量的歸一化梯形曲線上底中點位置的垂線，4、理論梯形曲線對稱軸。
具體實施方法
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方法做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明給出了一種太陽輻照度的跟蹤式測量模式中測量太陽指向方向與輻射計光軸夾角的方法。具體步驟如下:
步驟一:根據(jù)輻射計視場設(shè)計參數(shù)計算輻射計全視場角2 Θ 1、半強(qiáng)度視場角2 Θ 2和無遮攔視場2 Θ 3，根據(jù)絕對輻射計對不同視場的功率響應(yīng)變化規(guī)律，描出功率響應(yīng)隨入射角度變化的理論梯形曲線。
由圖1可見，輻射計視場由視場光闌和主光闌共同確定，根據(jù)視場設(shè)計參數(shù)即光闌直徑D和主光闌孔徑d以及二者間距L，計算輻射計視場角，分別為:
權(quán)利要求
1.測量太陽指向方向與輻射計光軸夾角的方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟一:根據(jù)輻射計視場設(shè)計參數(shù)計算輻射計全視場角2 Θ 1、半強(qiáng)度視場角2 Θ 2和無遮攔視場2 Θ 3，根據(jù)輻射計對不同視場的功率響應(yīng)變化規(guī)律，描出功率響應(yīng)隨入射角度變化的理論梯形曲線(I)； 步驟二:將輻射計安裝到太陽指向系統(tǒng)中，利用模擬太陽光源照射，首先由太陽指向系統(tǒng)測量光源入射角度Θ，然后由輻射計測量在此角度下的輻射計功率響應(yīng)值，連續(xù)改變光源入射角度Θ，使其在-Q1-G I之內(nèi)變化，測量輻射計在不同光源入射角度的功率響應(yīng)值，得出實際測量的輻射計功率響應(yīng)隨入射角度變化的歸一化梯形曲線(2); 步驟三:確定實際測量的歸一化梯形曲線(2)上底中點位置的垂線(3)對應(yīng)的角度與理論梯形曲線(I)對稱軸(4)對應(yīng)角度的差值,該差值為太陽指向方向與輻射計光軸夾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量太陽指向方向與輻射計光軸夾角的方法，其特征在于，步驟一中所述計算輻射計視場的方法是，根據(jù)視場光闌直徑D、主光闌孔徑d和二者之間的距離L，計算輻射計視場為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量太陽指向方向與輻射計光軸夾角的方法，其特征在于，理論梯形曲線(I)對稱 軸(4)對應(yīng)的光源入射角θ=0°。
全文摘要
測量太陽指向方向與輻射計光軸夾角的方法，涉及太陽輻照度測量領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有測量方法操作不便與誤差的問題，技術(shù)方案根據(jù)輻射計視場設(shè)計參數(shù)計算輻射計全視場角、半強(qiáng)度視場角和無遮攔視場，根據(jù)絕對輻射計對不同視場的功率響應(yīng)變化規(guī)律，描出功率響應(yīng)隨入射角度變化的理論梯形曲線；將輻射計安裝到太陽指向系統(tǒng)中，利用模擬太陽光源照射，首先由太陽指向系統(tǒng)測量光源入射角度，然后由輻射計測量在此角度下的輻射計功率響應(yīng)值，測量輻射計在不同光源入射角度的功率響應(yīng)值，得出實際測量的輻射計功率響應(yīng)隨入射角度變化的歸一化梯形曲線；確定實際測量的歸一化梯形曲線上底中點位置的垂線對應(yīng)的角度與理論曲線對稱軸對應(yīng)角度的差值絕對值。
文檔編號G01C1/00GK103175503SQ20131007824
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者楊振嶺, 高飛, 方偉, 葉新 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所