一种基于FPGA的太阳跟踪器的设计及实现

　　1．2 地平坐标系

　　地平坐标系用高度角和方位角来描述太阳的位置，已知太阳赤道坐标系中的赤纬角和时角，可以通过球面三角形的变换关系得到地平坐标系的太阳的高度角和方位角。如图1所示，该天球是以观测者为球心，任意距离为半径的假想球，对于天球上各点之间的距离，只讨论它们之间的角距而不考虑它们的线长。M和N分别为天球上的南北天极。P点为观测者的铅垂线与天球的交点，P点的地理纬度为φ，S为太阳在天球中的位置。S的赤纬度为δ，观测者的铅垂线OP与地心与太阳连线的夹角叫做天顶角，天顶角和太阳的高度角互补。角A为太阳的方位角。

　　根据球面三角形的边的余弦公式描述，即一边的余弦等于其他两边余弦的乘积，加上这两边正弦及其夹角余弦的乘积，在天球的半径不是确定值。因此描述天球上的圆弧通常用圆弧所对应的角度来表示弧长。在球面三角形NPS中，三边为弧NP、弧NS、弧SP，分别用角度90-φ，90-δ，τ表示。采用球面三角形边的余弦公式：

　　高度角-方位角跟踪又叫做地平坐标系双轴跟踪系统，采光板的方位轴垂直于地平面，另一根轴与方位轴垂直，称为俯仰轴。工作时采光板根据太阳的视日运动绕方位轴转动改变方位角，绕俯仰轴作俯仰运动改变采光板的倾斜角，从而使采光板与太阳光线垂直。这种跟踪系统的特点是跟踪精度高，而且采光板装置的重量保持在垂直轴所在的平面内，支承结构的设计比较容易。在本文中采用了高度角一方位角跟踪进行设计。