[發(fā)明專利]晴天條件下大氣電場建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510030620.4
• 申請日: 2015-01-21
• 公開（公告）號: CN104504481B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設計）人: 魏長安;林連雷;崔翹楚;楊京禮;姜守達
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F17/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發(fā)明涉及一種大氣電場建模方法，尤其涉及一種晴天條件下大氣電場建模方法，屬于基于大氣電場的環(huán)境仿真技術領域。

背景技術

大氣電場受大氣中各種條件的影響比較大，加之地球上區(qū)域環(huán)境差異較大。在全球范圍內(nèi)有幾大氣候區(qū)：熱帶雨林氣候、熱帶季風氣候、熱帶草原氣候、熱帶沙漠氣候、亞熱帶季風和亞熱帶濕潤氣候、地中海氣候、溫帶海洋性氣候、溫帶季風氣候、溫帶大陸性氣候(包括亞寒帶針葉林氣候)、極地氣候(包括苔原和冰原氣候)、高山氣候。不同的氣候地區(qū)具有不同的大氣電場特點。加之大氣電場受大氣濕度、溫度、人口建筑密度、工業(yè)情況、地震等因素的影響也是很大的。如果只是從氣象原理方面進行分析建模，不免會顧忌不了所有的條件。

目前環(huán)境仿真領域全球范圍內(nèi)的大氣電場建模尚未提出。隨著計算機水平的不斷發(fā)展，虛擬試驗在各個領域得到了廣泛的應用。在航空航天領域，電場環(huán)境是影響飛行器飛行狀態(tài)的主要因素之一。飛行器通過雷達向大氣發(fā)出電磁波實現(xiàn)通訊功能，如果是在一個穩(wěn)定的大氣電場環(huán)境中，則傳輸?shù)碾姶挪ㄊ艿降挠绊懕容^小；如果電磁波在一個波動劇烈的大氣電場中傳播，那么電磁波接收方則可能會因為劇烈的電場波動而無法接收到較為準確的信息。目前現(xiàn)有大氣電場建模存在的問題如下：(1)大氣電場建模空間范圍不大；目前的大氣電場建模大多是設定了許多復雜的具體的外部條件，具有很強的針對性。因此該類模型只是用于一部分空間范圍，比如熱帶雨林氣候、熱帶季風氣候、熱帶草原氣候、熱帶沙漠氣候，并不適應于全球范圍。(2)大氣電場建模空間精度不高；目前針對大氣電場所提出的模型很多只是為了說明大氣電場在空間范圍內(nèi)的差別特征，其空間精度往往不夠高。(3)大氣電場時變性特征不明顯；目前針對大氣電場所提出的模型的時變特征大多只是針對單一的環(huán)境變化，對于復雜環(huán)境變化的大氣時變電場建模并沒有涉及。且目前提出的模型所生成的電場數(shù)據(jù)時間范圍不夠大，通常只能體現(xiàn)出某一自然現(xiàn)象的發(fā)生過程。

根據(jù)文獻的研究發(fā)現(xiàn)晴天條件下大氣電場隨高度分布的平均曲線，大氣電場經(jīng)驗公式為：式中E(z)取V/m為單位，z取km單位，正方向為豎直向下。電場參數(shù)：a＝0.591，b＝0.0261，c＝0.124。上式中，E(0)為海拔為0時的電場強度，E(z)為高于海平面高度為z時的電場強度。說明大氣電場在海平面到海平面以上30KM內(nèi)是有規(guī)律可循的，空中武器的飛行高度絕大多數(shù)也在這一范圍內(nèi)，在這一范圍內(nèi)，進行大氣電場建模仿真有利于增加模型的可信度和減小建模的難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種晴天條件下全球范圍內(nèi)的大氣電場建模方法，以解決針對現(xiàn)有的大氣電場建模空間范圍不大，精度不高，時變性特征不明顯的問題。

本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

本發(fā)明所述的晴天條件下大氣電場建模方法，是按照以下步驟實現(xiàn)的：

步驟一、晴天條件下0海拔年平均大氣電場建模；

步驟二、晴天條件下0海拔大氣電場時變特性建模，包括：

步驟二一、晴天條件下大氣電場季節(jié)變化建模，將一年分成夏半年，即5月到10月，冬半年，即11月到次年4月兩部分，分別對夏半年和冬半年的年平均0海拔電場強度的求解；

步驟二二、晴天條件下一天內(nèi)任意時刻0海拔大氣電場建模。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明結(jié)合電場背景知識進行電場模型的構建和優(yōu)化，提出一種基于時間空間點查找的晴天條件下大氣電場建模方法，該方法分析總結(jié)了大氣電場的年變化和日變化規(guī)律。按照建模方法，生成特定時空范圍內(nèi)的電場環(huán)境數(shù)據(jù)庫，對電場建模精度進行了分析。保證了在充分保證電場模型的大氣范圍密度的前提下，有效地就大氣電場的時變特性進行仿真。在擁有足夠的大氣電場測試數(shù)據(jù)的情況下：

1、根據(jù)0海拔年平均大氣電場建模模型和大氣電場經(jīng)驗公式能夠生成經(jīng)度-180～180度，緯度-90～90度，海拔高度0～30km范圍內(nèi)的空間任意點的電場數(shù)據(jù)；

2、本發(fā)明根據(jù)0海拔年平均大氣電場建模模型能夠生成空間精度為100m的數(shù)據(jù)庫；

3、本發(fā)明根據(jù)觀測數(shù)據(jù)和大氣電場的時變模型能夠生成全球范圍內(nèi)過去時間段任意時刻(年/月/日/小時/分鐘)的電場數(shù)據(jù)，本發(fā)明提出的電場模型生成電場數(shù)據(jù)能夠反映出大氣電場的日變化規(guī)律和季節(jié)變化規(guī)律；

4、本發(fā)明可生成符合特定環(huán)境特性的某一時空范圍內(nèi)的大氣電場數(shù)據(jù)庫，為飛行器配置環(huán)境特性參數(shù)，便于虛擬試驗，提出了電場建模精度的分析方法。

附圖說明

圖1為具體實施方式一中大氣電場一日內(nèi)變化特性曲線；