一種基于FPGA的太陽跟蹤器的設計及實現
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1．2 地平坐標系
地平坐標系用高度角和方位角來描述太陽的位置，已知太陽赤道坐標系中的赤緯角和時角，可以通過球面三角形的變換關系得到地平坐標系的太陽的高度角和方位角。如圖1所示，該天球是以觀測者為球心，任意距離為半徑的假想球，對于天球上各點之間的距離，只討論它們之間的角距而不考慮它們的線長。M和N分別為天球上的南北天極。P點為觀測者的鉛垂線與天球的交點，P點的地理緯度為φ，S為太陽在天球中的位置。S的赤緯度為δ，觀測者的鉛垂線OP與地心與太陽連線的夾角叫做天頂角，天頂角和太陽的高度角互補。角A為太陽的方位角。
根據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應的角度來表示弧長。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系雙軸跟蹤系統，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。工作時采光板根據太陽的視日運動繞方位軸轉動改變方位角，繞俯仰軸作俯仰運動改變采光板的傾斜角，從而使采光板與太陽光線垂直。這種跟蹤系統的特點是跟蹤精度高，而且采光板裝置的重量保持在垂直軸所在的平面內，支承結構的設計比較容易。在本文中采用了高度角一方位角跟蹤進行設計。
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