总第３１７期
２０１６年第３期
计算机与数字工程
Computer&Digital Engineering
Vol．４４No．３
３９３
基于日晷原理的太阳影子定位实现磁
吴俊斌 吴 晟 吴兴蛟
（昆明理工大学信息工程与自动化学院 昆明 ６５０５００）
摘 要 论文基于古代日晷的原理，实现太阳影子定位。根据天文学理论，计算太阳高度角、方位角以及阴影形成原理，计算日出至日落之间各时刻晷针在晷面上的影子长度和方位角，进而得到太阳影子与经纬度的函数关系，在反推求解的过程中，通过最小二乘法得到当地正午时刻的影子长度和北京时间，再根据得到的经纬度与影子的函数关系，进行求解。文章使用Java程序进行仿真模拟，得出经度以及纬度之后进行验证。得知该实现具有可行性。
关键词 影子定位；日晷投影原理；最小二乘法；Java仿真
中图分类号 G６２４．６ DOI：１０．３９６９／j．issn．１６７２‐９７２２．２０１６．０３．００２
ＳｕｎＳｈａｄｏｗＰｏｓｉｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＳｕｎｄｉａｌ
ＷＵＪｕｎｂｉｎ ＷＵＳｈｅｎｇ ＷＵＸｉｎｇｊｉａｏ
（School of Information Engineering and Automation，Kunming University of Science and Technology，Kunming ６５０５００）Ａｂｓｔｒａｃｔ Based on the principle of the ancient sundial，throuth the shadow of the sun to achieve positioning，according to the theory of astronomy，the sun摧s data is calculated，such as elevation angle，azimuth angle and shadow forming princi‐p le．And the data of the sundial shadow is calculated at each moment between sunrise and sunset，such as length and azi‐muth．Then the relationship of the functions between shadow of the sun and latitude‐longitude is gotten．Then，in the p rocess of using backstepping method to solving the problem，the least squares method is used to obtain shadow‐length in noon local time and Beijing time，and finally the problem is solved by the functions between shadow of the sun and latitude‐longitude．In this article，the emulation and simulation are carried out through JAVA program to verify the results and p roves the truth of these method．
ＫｅｙＷｏｒｄｓ shadow positioning，sundial projection principle，least square method，Java simulation
ＣｌａｓｓＮｕｍｂｅｒ G６２４．６
１ 引言
古代没有精确的时间测量仪器，一直通过沙漏和日晷来测量时间［１］，通过太阳照射地面直杆的影子长度和角度来确定时间。如今虽然有了钟表或者电子时钟，但依然能够在很多地方能看到反映人文景观的日晷，这是古人文明的展现。在现代，虽然不再通过日晷查看时间，但对于日晷投影的研究并没有终止。我们可以很方便地从日晷上看出时间，但日晷影子长度的变化是根据地球经度纬度来决定的，所以也可以通过日晷影子［２］长度的变化来求出当地的经度纬度，这对于野外求生也可以起到一定的帮助。
２ 日晷原理
２．１ 日晷成像原理
日晷是由晷针、晷面和晷面上的刻度组成的。太阳照射晷针，形成晷影［３～４］。晷影的长度和角度会投射到相应的日期刻度和时间刻度上，通过刻度可读出时间。由于每天任何时刻的晷影各不相同，就可以有效反映出当地的太阳时。
晷影的形成原理如图１所示。其中X轴正方向指向正东方向，Y轴正方向指向正北方向，Z轴正方向竖直向上。Z轴上有一晷针H，v为太阳光
磁收稿日期：２０１５年９月４日，修回日期：２０１５年１０月２１日
作者简介：吴俊斌，男，研究方向：算法设计、程序设计。吴晟，男，教授，硕士生导师，研究方向：信息安全，算法研究等。吴兴蛟，男，硕士研究生，研究方向：软件工程、算法设计、程序设计。