基于太阳高度角的动态时域光谱拟合方法技术

本发明专利技术公开了基于太阳高度角的动态时域光谱拟合方法，包括计算设定区域内选定地点、日期、时间段的太阳高度角h，计算太阳高度角h对应的等效大气路径L

【技术实现步骤摘要】
基于太阳高度角的动态时域光谱拟合方法


[0001]本专利技术涉及光谱拟合
，具体的说，是一种基于太阳高度角的动态时域光谱拟合方法
。

技术介绍

[0002]随着
LED
技术的快速发展，“人本照明”、“健康照明”、“自然光照明”等照明概念和模式出现于世人的视野
。
在隧道
、
地下坑道
、
潜艇舱室等缺乏太阳光照的封闭环境，需要营造一种健康的照明环境，而基于太阳光的自然光照明，即为健康照明
。
太阳光
、
火光，即自然光
。
太阳光
、
火光与黑体辐射的发光方式相同，均是连续光谱，色温丰富多变
。
太阳光是高色温光，火光是低色温光
。
光色由光谱功率分布决定，根据不同的时段，太阳光在地球大气层的吸收
、
散射及损耗导致光谱功率分布不同，从而看起来太阳光光色丰富
。
通常，模拟太阳光的方式有色温模拟法和固定光谱模拟法
。
模拟一天不同时段里不同的太阳光色时，现有的做法是按照时间变化人为的将太阳光色温进行等分，如：早上7：
00
至
12
：
00
，色温在
3000K
至
6500K
范围内按照每
30
分钟进行均分
。
这种方式虽实现了针对太阳光光色的动态变化，但与实际生活中太阳光光色变化的规律并不相符，并未能真正实现模拟自然光的健康照明
。
传统模拟自然光技术不能清楚知道某地某一天某一时段的实际光色，只能定性的知道日出
、
日落时色温较低，在
2000K
～
4500K
之间；中午和阴天色温较高，在
5000K
～
7000K
之间
。
但并清楚在一天之中太阳光色随时间究竟如何变化
。
太阳光动态光色变化，可以通过实测数据进行统计
。
然而，因实际测试受过多因素影响，且各个地方环境差异太大，无法实现对每个地方进行太阳光的测量，目前尚无对太阳光动态光色的测试及统计结论
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于太阳高度角的动态时域光谱拟合方法，用于解决现有技术中模拟自然光技术与实际生活中太阳光光色变化的规律不符
、
无法对每个地方进行太阳光测量进而实现动态时域光谱拟合的问题
。
[0004]本专利技术通过下述技术方案解决上述问题：
[0005]一种基于太阳高度角的动态时域光谱拟合方法，包括：
[0006]步骤
S1、
计算设定区域内选定地点
、
日期
、
时间段的太阳高度角
h
：
[0007][0008]其中，为观察点的地理纬度，
σ
为太阳赤纬，
σ
＝
23.5*sinN
°
，
N
°
是距春分日或秋分日最近的总天数，用角度来表示，
t
为地方时：
[0009]t
＝
(
时
+
分
/60
‑
(12+(120
‑
E)
×
4/60))
×
15
°
[0010]其中，
E
为东经；
[0011]步骤
S2、
计算太阳高度角
h
对应的等效大气路径
L
’
，得到大气质量
m
，
m
＝
L
’
/L
，
L
为太阳高度角
h
＝
90
°
时太阳光线在大气中的等效大气路径；计算大气质量
m
与海拔高度
H
所对应的大气压强关系式：
[0012]m(H)
＝
m*P(H)/P0
[0013]其中，
m(H)
为海平面处大气质量，
P(H)
为海拔高度
H
时的大气压强，
P0
为海平面标准大气压强；
[0014]步骤
S3、
对可见光波段内的太阳辐射进行动态拟合，建立太阳动态光谱模型，包括：
[0015]步骤
S31、
利用大气质量
m、
太阳光谱数据和
CIE
色度学重组日光建议针对任意大气质量
m
与色温
T
m
的关系式：
[0016]T
m
＝
5900
‑
m*1.125
log(m,1.5)
[0017]步骤
S32、
利用
CIE
色度学中色温
T
与色坐标
(x,y)
的关系式计算色坐标：
[0018][0019]y
＝
(
‑
3)x2+2.87x
‑
0.275
[0020]步骤
S33、
将
AM1.5G
太阳辐照以
560nm
处的辐照设定为
100
，归一化后的波长辐照函数记为
S
1.5
(
λ
)
，结合
CIE
重组日光公式，有：
[0021]S
1.5
(
λ
)
＝
S0(
λ
)+S1(
λ
)
·
M1+S2(
λ
)
·
M2
[0022]其中，
S0(
λ
)
为平均光谱函数，
S1(
λ
)、S2(
λ
)
分别为
CIE
色度学中的特征函数
,M1、M2
为乘数，与色坐标
(x
，
y)
有如下关系式：
[0023]M1
＝
(
‑
1.3515
‑
1.7703x+5.9114y)(0.0241+0.2562x
‑
0.7341y)
[0024]M2
＝
(0.03
‑
31.4424x+30.0717y)(0.0241+0.2562x
‑
0.7341y)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于太阳高度角的动态时域光谱拟合方法，其特征在于，包括：步骤
S1、
计算设定区域内选定地点
、
日期
、
时间段的太阳高度角
h
：其中，为观察点的地理纬度，
σ
为太阳赤纬，
σ
＝
23.5*sinN
°
，
N
°
是距春分日或秋分日最近的总天数，用角度来表示，
t
为地方时：
t
＝
(
时
+
分
/60
‑
(12+(120
‑
E)
×
4/60))
×
15
°
其中，
E
为东经；步骤
S2、
计算太阳高度角
h
对应的等效大气路径
L
’
，得到大气质量
m
，
m
＝
L
’
/L
，
L
为太阳高度角
h
＝
90
°
时太阳光线在大气中的等效大气路径；计算大气质量
m
与海拔高度
H
所对应的大气压强关系式：
m(H)
＝
m*P(H)/P0
其中，
m(H)
为海平面处大气质量，
P(H)
为海拔高度
H
时的大气压强，
P0
为海平面标准大气压强；步骤
S3、
对可见光波段内的太阳辐射进行动态拟合，建立太阳动态光谱模型，包括：步骤
S31、
利用大气质量
m、
太阳光谱数据和
CIE
色度学重组日光建议针对任意大气质量
m
与色温
T
m
的关系式：
T
m
＝
5900
‑
m*1.125
log(m,1.5)
步骤
S32、
利用
CIE
色度学中色温
T
与色坐标
(x,y)
的关系式计算色坐标：
y
＝
(
‑
3)x2+2.87x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仕豪，郭平，李武龙，
申请(专利权)人：四川九洲光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：