本發明屬于光照模擬，更具體地，涉及一種太陽光源仿生裝置及控制方法。

背景技術：

1、在空間站、航天器、艦艇等特殊密閉空間中，工作人員由于缺乏自然光照射容易導致視覺舒適度降低和生理功能紊亂，從而產生心理疾病、記憶力下降、舒適感降低和易疲勞問題，從而導致工作效率降低。此外由于缺少日光照射，人體健康面臨維生素d缺乏、新陳代謝紊亂、免疫力下降等問題，對其工作能力和生活狀況產生重要影響。因此，提供科學的照明環境尤為重要。現有技術的光源裝置不能隨意調節和設定光源，也不能夠適用于地下環境的使用需求，此外現有技術的光源裝置是一體化設置的，這樣的光源裝置一旦某一部分損壞，存在整機都不能正常工作的問題。

2、目前市場上存在一種高強度太陽輻射光源模擬裝置，該裝置包括：機柜、聚光單元、制冷風機、電源機箱、觸發器和光闌；聚光單元、制冷風機、電源、觸發器和光闌皆設置在機柜內，聚光單元的兩端分別與電源機箱和觸發器相連，制冷風機設置在聚光單元旁，對聚光單元制冷；電源和觸發器相連，聚光單元的出射光通過光闌調節光斑的大小，通過調節電源的輸出功率來調節光斑的強弱。本發明利用聚光單元、平面反射鏡和光闌實現了高強度太陽輻射光源的模擬；平面反射鏡使光束改變傳播方向，利用光闌調節通過的光束的大小；整體占地面積大大的減小，方便用于實驗研究。

3、該高強度太陽輻射光源模擬裝置解決了現有技術中受自然條件限制、穩定性差，聚光輻照度的可調性和均勻性差等問題。但是，僅能模擬高強度太陽輻射光，不能對不同自然狀態下的光照進行模擬，無法實現科學的照明環境。因此，需要一種太陽光源仿生裝置及控制方法，根據自然時間對太陽光照進行模擬，以滿足在密閉空間中工作人員的自然光照射需求。

技術實現思路

1、針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供一種太陽光源仿生裝置及控制方法，通過采集四季不同時間段的光照數據，并將光照分解成多種光分別測量其強度，再分別對這幾種光進行輸出后整合，以模擬真實的太陽光，實現調節生物鐘、調節新陳代謝的目的，保證人體對太陽光的生理和心理需求。通過設置多種場景模式，實現除模擬正常日照外，還提供多種生活場景，多模式之間的切換，從心理和生理兩個方面滿足防空洞內人員的需求，保證人員身心健康。

2、為實現以上目的，按照本發明實施例的第一方面，提供一種太陽光源仿生裝置的控制方法，包括以下步驟：

3、s100、將高色溫燈組、低色溫燈組、紫外燈組和紅外燈組分為獨立的信號路線控制，再將信號集中于控制模塊中；

4、s200、解析不同天氣下的自然光照規律和恒定場景規律，并從中分解出不同狀態光照下各種光的強度；

5、s300、按照自然光照規律，根據提前預設的全天不同時段，設置光源模塊隨時間變化的動態光照強度模擬模式；

6、s400、設置多種場景模式，按照恒定場景規律，設置光源模塊在各種場景模式下的光照強度模擬模式；

7、s500、正常運行狀態下，自動控制光源模塊隨時間根據自然光照規律啟動動態光照強度模擬模式，動態模擬全天日照；

8、s600、需要特殊場景光照時，手動調節所需要的特殊場景，自動控制光源模塊啟動該場景模式下的光照強度模擬模式。

9、進一步地，步驟s200中，所述自然光照包括清晨、正午、下午、黃昏、夜間在內的時間模式，所述恒定場景包括紫外補充、日光浴、紅外理療、操場照明、閱讀在內的場景模式，其解析過程包括：

10、s210、測量不同自然光照時間和恒定場景下的光照，將其分為高色溫光、低色溫光、紫外光和紅外光，并對該光照中各種光的強度進行解析；

11、s220、根據不同自然光照時間和恒定場景，按照解析出的各種光的強度進行重組，將重組后的光照與測量值進行對比；

12、s230、根據對比的結果，對解析后的各種光的強度進行調整，直至重組后的光照與測量值之間的誤差在設定范圍內，得到不同自然光照時間和恒定場景下的模擬參數；

13、s240、分別獲取不同天氣狀態下的光照，重復步驟s210-s230，得到不同天氣狀態下模擬參數；

14、s250、測量每天中各種時間模式在四個季節條件下持續的時間段，在每個時間段中篩選出最具代表性的時間點。

15、進一步地，步驟s220中，使用參數化模型來對各種光的強度進行重組之后形成的光照強度向量進行預測，再使用最小二乘法來衡量預測值與實際測量值之間的差異，具體為：

16、

17、其中，ii(t)為實際測量的光照強度向量，

18、m(θ，ti)為參數化模型，

19、θ為模擬參數，

20、n為樣本數量，

21、ti為第i個樣本的時間點，

22、||·||2表示歐幾里得范數。

23、進一步地，步驟s240中，獲取不同天氣狀態下的光照時，根據不同自然光照時間的模擬參數，引入每個天氣類型對光的強度和光譜分布造成的影響，以得到相應天氣的狀態下光照的模擬參數i′(t，w)，具體為：

24、i′(t，w)＝f(t，w)×wweather[：，w]，

25、其中，f(t，w)為關于時間和天氣類型的函數，

26、t為時間，

27、w為天氣類型，

28、wweather為權重矩陣，其中每一列代表一種天氣類型的權重向量，

29、wweather[：，w]為從權重矩陣中選擇對應于天氣類型那一列。

30、進一步地，步驟s300中，具體包括以下步驟：

31、s310、分別在四個季節條件下，將不同自然光照時間下的模擬參數與每個時間段中最具代表性的時間點相結合；

32、s320、將每個時間點的模擬參數在數軸上標出，以平滑的曲線將每個時間點的模擬參數進行連接，得到每個季節條件中一天的模擬參數動態曲線；

33、s330、將四個季節條件中一天的模擬參數在數軸上標出，以平滑的曲線將每個季節的模擬參數進行連接，得到每天的模擬參數動態曲線；

34、s340、按照步驟s310-s320中的方法，得出除晴天外天氣的模擬參數動態曲線；

35、s350、設置除晴天外天氣的天數，將其對應的模擬參數動態曲線隨機在每天的模擬參數動態曲線中進行替換；

36、s360、整合得到一年的整體模擬參數動態曲線，以該整體模擬參數動態曲線設置為動態光照強度模擬模式，對光源模塊進行自動控制。

37、進一步地，步驟s320中，在以平滑的曲線將每個時間點的模擬參數進行連接時，在每個時間段中，光照強度分布比較均勻，而在每個時間段的交界處，光照強度相對變化幅度較大，因此連接的曲線控制在每個時間段交界處的斜率更大。

38、進一步地，步驟s320中，采用b樣條插值方法在保持連續性的前提下調整曲線斜率，以此構建一天內的光照強度的平滑曲線，具體為：

39、

40、其中，cs(t)為季節s中一天內的光照強度的平滑曲線，

41、bi(t)為b樣條基函數，

42、αi為控制點，

43、ωi(t)為用于控制交界處斜率的權重函數。

44、進一步地，步驟s330中，在以平滑的曲線將每個季節的模擬參數進行連接時，在每個季節中，光照強度分布比較均勻，而在每個季節的交界處，光照強度相對變化幅度較大，因此連接的曲線控制在每個季節交界處的斜率更大。

45、進一步地，步驟s330中，考慮到光照強度具有明顯的周期性，我們可以使用傅里葉級數來近似每個季節的光照模式，具體為：

46、

47、其中，qs(t)為季節s的模擬參數向量，

48、as，k為與季節s相關的系數，

49、k為傅里葉級數的項數，

50、φk(t)為不同頻率下的光照變化的基函數。

51、按照本發明實施例的第二方面，提供一種太陽光源仿生裝置，包括：

52、光源模塊，所述光源模塊包括高色溫燈組、低色溫燈組、紫外燈組和紅外燈組，分別發出暖光、冷光、紫外光和遠紅外光；

53、所述光源模塊安裝在支架上，所述支架遠離光源模塊的一側通過鉸接件鉸接有把手；

54、所述光源模塊的發光面還設有反射罩，所述反射罩的內壁設有鱗片狀凸部，鱗片狀凸部采用白色的pet材質模壓成型；

55、還包括供電模塊，用于分別給高色溫燈組、低色溫燈組、紫外燈組和紅外燈組供電；

56、控制模塊，用于控制光源模塊的工作參數；

57、以及交互模塊，用于與控制模塊交互。

58、總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：

59、1.本發明的太陽光源仿生裝置控制方法，通過采集四季不同時間段的光照數據，并將光照分解成多種光分別測量其強度，再分別對這幾種光進行輸出后整合，以模擬真實的太陽光，實現調節生物鐘、調節新陳代謝的目的，保證人體對太陽光的生理和心理需求。

60、2.本發明的太陽光源仿生裝置控制方法，提供的光源不受時間、季節和氣候影響、可連續或間斷方式照明、總輻照度穩定且可調。

61、3.本發明的太陽光源仿生裝置控制方法，通過不同模式的切換，既可以短時間內滿足人體對太陽光的基本需求，也可以長時間讓防空洞內的人員進行照明，在幽閉環境內感受到和地面上無異的沐浴在陽光下的感受。

62、4.本發明的太陽光源仿生裝置控制方法，通過設置多種場景模式，實現除模擬正常日照外，還提供多種生活場景，多模式之間的切換，從心理和生理兩個方面滿足防空洞內人員的需求，保證人員身心健康。