基于MATLAB仿真的太阳影子定位模型
《2024年基于Matlab的光学实验仿真》范文
《基于Matlab的光学实验仿真》篇一一、引言光学实验是物理学、光学工程和光学科学等领域中重要的研究手段。
然而，实际的光学实验通常涉及到复杂的光路设计和精密的仪器设备，实验成本高、周期长。
因此，通过基于Matlab的光学实验仿真来模拟光学实验，不仅能够为研究提供更方便的实验条件，而且还可以帮助科研人员更深入地理解和掌握光学原理。
本文将介绍基于Matlab的光学实验仿真的实现方法和应用实例。
二、Matlab在光学实验仿真中的应用Matlab作为一种强大的数学计算软件，在光学实验仿真中具有广泛的应用。
其强大的矩阵运算能力、图像处理能力和数值模拟能力为光学仿真提供了坚实的数学基础。
1. 矩阵运算与光线传播Matlab的矩阵运算功能可用于模拟光线传播过程。
例如，光线在空间中的传播可以通过矩阵的变换实现，包括偏振、折射、反射等过程。
通过构建相应的矩阵模型，可以实现对光线传播过程的精确模拟。
2. 图像处理与光场分布Matlab的图像处理功能可用于模拟光场分布和光束传播。
例如，通过傅里叶变换和波前重建等方法，可以模拟出光束在空间中的传播过程和光场分布情况，从而为光学设计提供参考。
3. 数值模拟与实验设计Matlab的数值模拟功能可用于设计光学实验方案和优化实验参数。
通过构建光学系统的数学模型，可以模拟出实验过程中的各种现象和结果，从而为实验设计提供依据。
此外，Matlab还可以用于分析实验数据和优化实验参数，提高实验的准确性和效率。
三、基于Matlab的光学实验仿真实现方法基于Matlab的光学实验仿真实现方法主要包括以下几个步骤：1. 建立光学系统的数学模型根据实际的光学系统，建立相应的数学模型。
这包括光路设计、光学元件的参数、光束的传播等。
2. 编写仿真程序根据建立的数学模型，编写Matlab仿真程序。
这包括矩阵运算、图像处理和数值模拟等步骤。
在编写程序时，需要注意程序的精度和效率，确保仿真的准确性。
3. 运行仿真程序并分析结果运行仿真程序后，可以得到光束传播的模拟结果和光场分布等信息。
太阳影子定位模型
S
H 来判断影长的变化规律。 tan(arcsin(sin sin cos cos cos ))
时角（ ） ：因为第一问为北京地区，我们不能直接使用公式： (t 12) 15 进行计算， 需要考虑时差，计算公式为： 4( L L0 ) 因此最终的时角计算公式为
1
Lingo
MATLAB
一、问题重述
太阳影子定位技术就是通过分析视频中物体的太阳影子变化， 确定视频拍摄的地点 和日期的一种方法。针对影子定位技术，提出以下问题： 1.建立影子长度变化的数学模型，分析影子长度关于各个参数的变化规律，并应用 该模型画出 2015 年 10 月 22 日北京时间 9:00-15:00 之间， 位于北纬 39 度 54 分 26 秒, 东经 116 度 23 分 29 秒位置上的，3 米高的直杆的太阳影子长度的变化曲线。 2.根据某固定直杆在水平地面上的太阳影子顶点坐标数据， 建立数学模型确定直杆 所处的地点。并将此模型应用于附件 1 的影子顶点坐标数据，给出若干个可能的地点。 3. 根据某固定直杆在水平地面上的太阳影子顶点坐标数据，建立数学模型确定直 杆所处的地点和日期。将所建模型分别应用于附件 2 和附件 3 的影子顶点坐标数据，给 出若干个可能的地点与日期。 4．附件 4 为一根直杆在太阳下的影子变化的视频，并且已通过某种方式估计出直 杆的高度为 2 米。要求建立确定视频拍摄地点的数学模型，并应用模型给出若干个可能 的拍摄地点。如果拍摄日期未知，建立数学模型，根据视频确定出拍摄地点与日期。
由图可知，在 12 点 14 之前影子的长度越来越短，12 点 14 之后长度越来越长。 4.2.1 模型二的准备 1、建立坐标系： 以直杆底座为坐标原点，底座与地球表面的切平面为 xy 平面，建立坐标系。因为 太阳东升西落，上午太阳影子为西方向，数值逐渐减小；下午影子为东方向，数值逐渐 增大；因此分析题目附件中所给数据，根据数据的增长变化，及正负符号，确定正东方 向为 x 轴的正方向；正北方向为 y 轴的正方向。建立坐标系如图：
matlab光伏模型 算例 介绍
MATLAB光伏模型算例介绍随着能源危机的日益严重，光伏发电作为一种清洁能源技术备受关注。
光伏发电系统的建模和仿真可以帮助工程师和研究人员更好地理解系统运行规律，优化系统设计，提高发电效率。
MATLAB作为一种强大的工程计算软件，提供了丰富的工具箱和功能，可以用于光伏模型的建立和仿真分析。
在本篇文章中，我们将介绍使用MATLAB进行光伏模型建立和仿真的算例。
具体内容包括光伏模型的理论基础、建模步骤、仿真过程和结果分析。
通过本文的学习，读者可以了解如何利用MATLAB进行光伏系统的建模和仿真分析，为光伏发电系统的设计和优化提供参考。
以下是本文的主要内容：一、光伏模型的理论基础1.1 光伏效应原理1.2 光伏组件的电学特性1.3 光伏系统的工作原理二、MATLAB光伏模型的建立2.1 光伏组件模型的建立2.2 光照条件和温度对光伏发电的影响2.3 光伏系统整体模型的建立三、光伏系统的仿真分析3.1 光伏组件的电压-电流特性曲线分析3.2 光照条件和温度变化下的发电情况仿真3.3 光伏系统在不同工况下的输出功率分析四、结果分析与讨论4.1 光伏系统性能指标的计算与分析4.2 光伏系统设计参数的优化方法4.3 结果的工程应用和展望通过以上内容的介绍和分析，读者可以全面了解MATLAB光伏模型的建立与仿真分析方法，以及在工程实践中的应用前景。
希望本篇文章能为光伏系统工程师和研究人员提供参考，并促进光伏发电技术的进步和应用。
五、光伏模型的理论基础1.1 光伏效应原理光伏效应是指当光线照射到半导体材料表面时，光子能量转化为电能的现象。
光伏效应的基本原理是光生载流子的产生和分离，这是光伏发电的基础。
当光子能量大于或等于半导体带隙能量时，光子被吸收并在半导体内部产生电子-空穴对。
由于半导体的内建电场作用，电子和空穴被分离，从而产生电流。
这样就实现了光能到电能的转化。
在光伏效应的研究中，理论模型的建立是非常重要的。
基于回归分析视频中太阳影子时空定位的研究
基于回归分析视频中太阳影子时空定位的研究
邓蕾;王辉;李探;杨鹏辉
【期刊名称】《佳木斯大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2016(34)4
【摘要】针对阳光下物体影子变化的过程,分析时序数据确立特定物体所在地。
运用三角函数关系与太阳高度角决定公式确立影长决定公式,最小二乘法确立影长变化函数,日期时间已知时使用正午太阳高度角与逆推影长决定公式得特定物体所在地的经度和纬度,仅时间已知使引入半昼长计算公式与简便正午太阳高度角计算公式联立,得到经纬度推算出日期,最后处理视频得到影长变化数据再计算如前,通过视频中特定物体影长的变化确立视频拍摄日期与地点。
【总页数】3页(P674-676)
【关键词】太阳影子时空定位;太阳赤纬;太阳高度角;多元线性回归;MATLAB 【作者】邓蕾;王辉;李探;杨鹏辉
【作者单位】安徽财经大学统计与应用数学学院
【正文语种】中文
【中图分类】O185.1
【相关文献】
1.基于太阳影子的视频物体定位技术研究 [J], 李艾鲜;潘伟
2.基于视频数据分析的太阳影子定位法应用研究 [J], 张进;陈雨;费绍金
3.基于回归分析的太阳影子定位技术研究 [J], 陶超;虞芳;鲍远娟;徐凤
4.基于视频数据处理的太阳影子定位研究 [J], 马晓伟;马婉婉
5.基于时空角度对太阳影子定位技术的研究 [J], 黄小卉;朱家明;翁瑾;方婷婷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
太阳影子定位
太阳影子定位OppositeHypotenuse摘要太阳影子定位技术就是通过分析物体的太阳影子的长度变化，来确定物体所在的时间和地理位置，本文通过分析有关太阳影子各因素之间的关系，采用几何关系及MATLAB软件编程等方法，对所给问题分别给出了数学模型及处理方案。
对于问题一，根据题目要求，首先确定影响影子长度的各个因素（竿长，纬度，时间，日期），然后再根据几何知识确定他们之间的数学关系，简历相关的数学模型。
再运用MATLAB进行编程及绘出影长与各个变化因素的变化曲线图。
对于问题二，根据题目可知，在时间点、日期、影子坐标已知的条件下，需要求出所测点的地理位置，即经纬度。
我们根据问题一的相关结论，做出合理的假设。
根据附件1中所给点求出影长与当地时间的关系曲线，确定各个影长所对应的当地时间，找到对应的北京时间。
得到所求地与北京的时间差，即可用时间差和经度的关系求得当地的经度。
在此问题求解中，我们运用相关公式校准坐标系，分析各个公式之间的相互转换，计算出题目所求地点的纬度。
从而，确定当地的位置。
对于问题三，给定时间与影子的坐标，确定日期及地理位置。
经度的确定与问题二中求得经度的方法一样。
对于纬度的求解，则是运用相关因素之间的公式，转换变化得出日期与纬度之间的关系。
再用MATLAB软件对变量（纬度）进行穷举，得到最优解，得出所求纬度，确定具体的地理位置。
对于问题四，用MATLAB软件分析视频，将视频处理成图片。
同样，用时间差来求出经度，并用公式算得纬度，以此来确定所测无的位置及日期。
最后，我们对于所建立的数学模型的优缺点做出了评价。
关键词：matlab 影子变化经纬度三角变换左边矫正一．问题重述1.1背景确定视频的拍摄地点和拍摄日期是视频数据分析的重要方面，太阳影子定位技术就是通过分析视频中物体的太阳影子变化，确定视频拍摄的地点和日期的一种方法。
1.2需要解决的问题问题一：建立影子长度变化与各个参数的数学模型，并应用此模型解答给定条件（2015年10月22日北京时间9:00-15:00之间天安门广场（北纬39度54分26秒，东经116度23分29秒）3米高的直杆）的影子变化曲线。
利用MATLAB处理视频杆影长定位拍摄点的建模分析
利用 MATLAB处理视频杆影长定位拍摄点的建模分析华北理工大学，063210华北理工大学，063210摘要本文采用matlab的VideoReader、read提取视频帧数，再进行灰度处理，计算出杆长的“视频值”，然后通过杆长求出“视频值”与实际值的比例，计算出杆长实际值，再通过影长与参变量模型计算出视频中长杆的所在地(约位于内蒙古鄂尔多斯东胜区附近)。
本文后续，我们对所得模型进行了误差检验和评价推广，对模型进行了相应的改进。
关键词：matlab，影长模型，误差检验，灰度处理1、建模分析根据找到的数据显示固定长度为2m的直杆在太阳下的影子变化的视频，本文先对视频分帧，使用matlab软件进行灰度处理以及建立坐标系，从视频中提取出各个时刻值对应的影长值。
若拍摄日期已知，可利用已有的模型和求解方法求解拍摄地点;若拍摄日期未知，可利用影长模型和求解方法求解拍摄地点和拍摄日期。
2、模型的建立视频是由若干帧画面组合而成的，每一时刻对应一帧画面，画面包含着与这一时刻相对应的重要的影长信息。
视频中连续的图像变化能达到每秒24帧以上，我们只需要取定合理时间间隔能确保计算的精准度即可。
我们每2分钟取一帧画面，整个视频中共取21帧画面，将得到24组时间和影长的对应数据。
利用matlab软件对取得的画面进行灰度处理，经过灰度化处理的图像只包含亮度信息，不包含色彩信息，处理后的图像避免了背景图的干扰，也能让影长信息更明确，便于后续将其提取成数值。
3、模型求解由于图像中的长度是使用像素表示，而在我们的求解过程中长度是以米来度量的，我们利用已知杆长d为2m和对图像处理得到杆对应的像素s，可以计算出每一个像素点对应的以m为单位的长度u: u=对图像中杆长像素点计算得s=008，通过上式计算得u=004。
再根据图像中影子对应的像素值，可以计算出影子的以m为单位的长度。
由于提取出的图像为一平面，所以在提取出的图像中影子顶点所在的坐标系为二维图片坐标系下的坐标，要将其转化为斜坐标系。
太阳位置算法的matlab实现
太阳位置算法的matlab实现一、简介太阳位置算法是指通过一定的数学模型和计算方法，来确定地球上某一特定位置上太阳的实际位置。
该算法在很多领域有着广泛的应用，比如太阳能发电、天文学研究、气象预测等。
在本文中，我们将介绍太阳位置算法在matlab中的实现方法。
二、太阳位置算法原理太阳位置算法的核心原理是通过地球上某一特定位置的经纬度、日期和时间等参数，来确定太阳在天空中的位置。
具体而言，太阳的高度角和方位角是最为重要的参数，它们分别代表了太阳相对于地平线的高度和方向。
三、太阳位置算法的matlab实现在matlab中，我们可以使用一些现成的函数和工具来实现太阳位置算法。
以下是一个简单的matlab代码示例：```matlab定义地点经纬度lat = 30;lon = 120;定义日期和时间date = datetime('now');year = year(date);month = month(date);day = day(date);hour = hour(date);minute = minute(date);second = second(date);计算太阳位置[az, alt] = solarPosition(year, month, day, hour, minute, second, lat, lon);```在上述代码中，我们首先定义了地点的经纬度和日期时间参数，然后调用了matlab中的solarPosition函数来计算太阳的高度角和方位角。
我们可以通过az和alt变量获取到太阳的实际位置信息。
四、太阳位置算法的应用太阳位置算法在很多领域都有着广泛的应用。
比如在太阳能发电领域，我们可以利用太阳的位置信息来优化光伏板的安装角度和方向，从而提高太阳能的利用效率。
在天文学研究中，太阳位置算法可以帮助我们精确地预测日食和月食的发生时间和地点。
在气象预测中，太阳位置算法也可以用来推断日照强度，进而影响气温和气候变化。
基于太阳阴影轨迹的经纬度估计技术研究
基于太阳阴影轨迹的经纬度估计技术研究基于太阳阴影轨迹的经纬度估计技术研究摘要：太阳阴影轨迹是地球上某一点在一天周期内形成的阴影轨迹，它与地球的经纬度直接相关。
本文研究了基于太阳阴影轨迹的经纬度估计技术，通过借助阴影的移动与变化，结合数学计算和物理原理，能够准确估计出地球上某一点的经纬度。
实验证明，基于太阳阴影轨迹的经纬度估计技术具有较高的准确性和稳定性。
1. 引言地球的表面由众多的经纬度网格组成，进行地理定位是现代社会中许多领域的基本需求。
目前，GPS等卫星导航系统是最常用的定位技术，但它在某些环境下存在使用受限的问题，例如在深山、密林等环境下信号无法接收。
因此，寻找一种替代的经纬度估计技术具有重要意义。
2. 基于太阳阴影轨迹的经纬度估计技术原理太阳阴影轨迹是地球上某一点在地球自转过程中由于太阳光的照射产生的阴影轨迹。
太阳在不同季节和地点的高度角不同，因此太阳的位置和阴影轨迹具有一定规律性，是一种可以被利用的资源。
基于太阳阴影轨迹的经纬度估计技术主要原理如下： 2.1 阴影变化太阳的高度角以及方位角的变化会导致阴影的运动和变化。
在地理上，太阳的高度角会随着纬度和季节的不同而改变，并且不同时段太阳的方位角也会有所差异。
因此，观察太阳阴影的变化可以根据这些变化推测地点的经纬度。
2.2 数学计算通过数学计算可以将观测到的阴影轨迹与太阳的运动规律相结合，建立数学模型来估计经纬度。
例如，根据某一天观测到的阴影轨迹的变化，可以利用三角学和几何学原理计算出太阳高度角和方位角的变化，并进一步推算出经纬度的估计值。
2.3 物理原理基于物理原理的太阳阴影估计方法主要考虑地球表面的形状和太阳光的入射角度。
通过测量阴影投射的角度和长度，结合地球表面的形状等因素，可以推算出地点的经纬度。
3. 方法和实验本研究从理论和实验两方面进行了验证。
首先，建立了基于太阳阴影轨迹的经纬度估计模型，并使用数学计算和物理原理进行了模拟实验。
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Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2019, 9(4), 790-801Published Online April 2019 in Hans. /journal/csahttps:///10.12677/csa.2019.94090Sun Shadow Positioning Model Basedon MATLAB SimulationZhe Wang, Jifa Zhang, Zhuang WangSchool of Electronic Information, Qingdao University, Qingdao ShandongReceived: Apr. 9th, 2019; accepted: Apr. 19th, 2019; published: Apr. 26th, 2019AbstractIn this paper, aiming at the problem of sun shadow localization, by analyzing and calculating the parameters affecting the shadow length of the object, the rod length optimization model based on multi-parameter hierarchical search is established with the aim of inversion of the rod length, and the MATLAB simulation is used to realize the sun shadow positioning technology. Firstly, a straight-line shadow length variation model based on the change of solar height angle is estab-lished, and the relationship between the straight shadow length and the declination angle and the time angle is obtained. Secondly, the control variable is used to analyze the length of the straight rod. Using the method of control variable to analyze the variation rule of longitude, latitude, mea-surement date and measurement time and the curve of the straight shadow length from 9:00 to 15:00 (Beijing time), it is found that the shadow length decreases first and then increases at 11:45.The minimum value obtained is about 2.1. Finally, the model is tested by the actual measurement method, the error of the model result relative to the actual measured value is about 1.732%, and the model has higher precision. For the shadow localization problem, the relationship between the straight shadow length and the shadow vertex coordinate value is obtained through the geometric relationship. For the case where the straight rod location is unknown, this paper applies the long length of the shadow length and the solar elevation angle inversion at the same place. Based on the principle of the parameter, the pole length optimization model based on parameter hierarchical search is established, and the range of the poles in the same group is approximated to zero. The MATLAB is used to perform rough search and fine search on the longitude and latitude. The feasi-ble longitude and latitude values are (108.4566˚E, 19.2771˚N) and (103.1670˚E, 3.2552˚S). The first group of latitude and longitude corresponds to the offshore area of Hainan Province, and its longitude and longitude error of Hainan Province is 1.256%. Therefore, the first location is desig-nated as Hainan Province within the error tolerance. The second group of latitude and longitude corresponds to Indonesia.KeywordsMATLAB Simulation, Sun Shadow Localization, Hierarchical Search, Single Target Optimization基于MATLAB仿真的太阳影子定位模型王者，张吉发，王壮王者 等青岛大学电子信息学院，山东 青岛收稿日期：2019年4月9日；录用日期：2019年4月19日；发布日期：2019年4月26日摘 要 本文针对太阳影子定位问题，通过对影响物体影长的各个参数进行分析计算，以反演杆长最优为目标建立基于多参数分层搜索的杆长优化模型，利用MATLAB 仿真从而实现太阳影子定位技术。
首先建立基于太阳高度角变化的直杆影长变化模型，得到直杆影长与赤纬角、时角等变量的函数关系式；其次，运用控制变量的方法分析影长关于直杆长度、所处经度、纬度、测量日期以及测量时间的变化规律并作出2018年9时至15时(北京时间)的直杆影长变化曲线，发现影长随时间的推移先减小后增大，在11时45分取得最小值约为2.1 m ；最后，本文通过实际测量的方法对模型进行检验，得到模型结果相对实际测量值的误差约为1.732%，模型有较高的精度。
对于影子定位问题，通过几何关系得出直杆影长与影子顶点坐标数值的关系；针对直杆所在地点未知的情况，本文应用同一地点不同时刻的影长和太阳高度角反演得到的杆长相等的原理建立起基于参数分层搜索的杆长优化模型，以同一地点多组杆长值中极差近似为零为目标；利用MATLAB 对经度和纬度先后进行粗搜索和精搜索，得到两组可行经纬值分别为：(108.4566˚E, 19.2771˚N)及(103.1670˚E, 3.2552˚S)；第一组经纬度对应位置为近海南省的海上，其经度与海南省经度误差为1.256%，所以本文在误差允许范围内将第一个地点定为海南省，第二组经纬度对应位置为印度尼西亚。
关键词MATLAB 仿真，太阳影子定位，分层搜索，单目标优化Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/1. 引言 通过物体影子变化情况得到物体具体所在位置以实现“太阳影子定位”是定位分析非常重要的一个方面。
某物体的影子与该物体长度以及所在位置的太阳高度角有关，太阳高度角主要由物体所处经纬度，日期等决定。
本文建立物体影长变化模型，进而提出基于多参数分层搜索的杆长优化模型，进而利用MATLAB 进行仿真得到较好的结果；本文利用实际测量当地某位置直杆影长的方法对模型进行检验。
本文研究问题具有一定的实用价值，利用MATALB 进行计算机仿真很好地提高了模型计算效率和精度，并且模型检验方法具有较好的操作性以及实际价值。
2. 太阳影长变化模型2.1. 影长变化模型本文以直杆作为研究载体探究直杆影长与各种因素的关系，直杆与其在地面投影的几何关系如图1所示：Open Access王者 等Figure 1. Straight shot projection geometry图1. 直杆投影几何示意图Figure 2. Geometry of declination and time angles图2. 赤纬角和时角几何示意图就固定在地面某一点的直杆而言，其投影点位置与太阳高度角有关，影子长度l 为tan H α，其中，H 为直杆长度，α为太阳高度角。
地球某点处的太阳高度角α取决于该地的纬度ϕ，某确定时刻太阳赤纬角D 以及太阳时角h ，其几何关系如图2所示。
太阳高度角解析关系式关系如式(1)所示：()arcsin sin sin cos cos cosh D D αϕϕ=+ (1)首先，本文进行太阳赤纬角的推导[1]，赤纬角D 有：sin sin 232637.8sin D σ′′′= (2)其中[2]：279.9348 1.914827sin 0.079525cos 0.019938sin 20.001620cos 2d d d d dδ=++−+− (3) d 为一年中特定日期表示的角分数，有： ()1360365.242n d −×= (4)其中，n 为某日期的积日，积日为日期在年内的序列号，如1月1日的积日为1，以此类推。