基于WRF模式的飞行模拟器中气象仿真研究

气象仿真对于模拟飞行训练至关重要,目前的飞行模拟器中只能进行简单的气象仿真。提出利用数值天气预报模式WRF进行精确仿真的思路。分析了当前飞行模拟器中气象仿真的不足,对WRF模式进行了概述,阐述了WRF模式的工作原理和积分方案。提出了利用WRF模式的气象仿真系统的分层结构,分析了气象仿真系统的运行流程,并阐述了利用Erlang进行系统开发技术实现。最后对初始资料的筛选原则、物理过程参数化的方法以及离线仿真实时分发数据的数据分发策略等支撑系统实现的关键技术进行了讨论。

基于特殊天气的气象仿真服务模型研究

数值预报模式WRF在气象预报领域里已证明可以较好地预报中尺度天气系统。为增加飞行员在危险特殊天气现象下的飞行经验,针对构建飞行模拟训练系统中的气象环境需要多样、典型、动态的危险特殊天气现象,选择WRF模式输出数据特定模拟出某些特殊天气现象来供飞行模拟训练系统使用可以克服传统飞行模拟器使用的气象仿真服务特殊天气现象单一、气象数据静止缺乏连续性的不足。提出包含基于WRF模式的多尺寸典型危险特殊天气模板库生成模块、气象仿真环境构建模块以及基于实时位置的服务请求响应模块的气象仿真服务模型,该气象仿真服务能够为飞行模拟训练系统提供较为真实的特殊天气现象。

基于FAHP的气象仿真服务逼真度评价研究

气象仿真服务逼真度评价研究主要采取个人评价的方法,存在客观性不强、易变、评价标准难以统一的问题,因此在已有研究基础上,提出基于层次分析方法的气象仿真服务逼真度评价方法。结合飞行员的飞行行为、气象环境模拟程度、模拟器的平台参数、飞行员感知操作形成较为完整的气象仿真服务逼真度评价指标体系。通过模糊分析方法给出评价具体过程,对某气象仿真系统的逼真度进行评估,构造评价蛛网图,提高了气象仿真服务的评估效能,对进一步研究起到基础性的指导作用。

智能动力平台多型复杂气象模拟仿真测试框架

针对智能动力平台在恶劣复杂气象条件下的仿真测试评价问题,提出了一种基于知识图谱的典型气象-交通要素数字化表征方法,并设计了智能动力平台多型复杂气象模拟仿真框架。首先分析了智能动力平台测试评价的现状和挑战,介绍了现有的智能控制仿真平台及其局限性。然后利用知识图谱结构化和语义化的特性,系统地划分和描述了复杂气象条件和交通场景,为仿真测试提供了数据支撑。最后采用“同图式”的方式,有效地融合和呈现了不同气象条件和交通场景,为智能动力平台在各种复杂情况下的性能评估提供了支撑平台。

数模转换器AD421在船舶气象仪仿真仪中的应用

介绍了高性能数模转换器的工作原理及其在船舶气象仪仿真仪设计中的应用。设计方案利用低功耗的8位单片机AT90CAN128作核心控制器,选用低功耗的外围扩展元器件,设计4～20mA两路电流输出的船舶气象仪仿真仪;实践表明,其有低功耗、高精度、工作稳定可靠等特点。

面向艇载气象雷达的稀疏相控阵优化设计

台风是一种持续性的热带气旋,常带来狂风、暴雨等灾害天气。平均每年约有七次台风登陆我国,对我国人口密集的东南沿海和部分内陆地区带来严重影响。气象雷达具有对台风等灾害天气的探测和预警能力,但现有的气象雷达多为地基相控阵雷达,距离远且分辨率低,对台风内部结构观测不清,导致在台风强度和路径的预测上存在着较大的不确定性。为降低台风灾害带来的损失,北京航空航天大学承担的国家自然科学基金重大科研仪器研制项目(简称“大仪器”项目)提出由临近空间飞艇搭载气象雷达对台风进行追踪抵近探测,提供台风内部结构长时、精细的观测数据。不同于地基雷达,临近空间飞艇独特的平台限制约束了气象雷达的重量、功耗、尺寸等成本参数,而实现台风探测的高性能亟须大孔径阵列。因此,艇载台风探测雷达的技术难点在于:如何用最低的成本实现最高的性能。在“大仪器”项目的资助下,本文提出一种稀疏相控阵气象雷达,可以在降低系统成本的同时实现高分辨率探测。本文的主要贡献总结如下:首先,对单天线气象回波的时间序列进行模拟仿真,扩展至多天线相控阵气象雷达的回波数据模拟,并通过多普勒分析验证其准确性;然后,考虑稀疏化均匀间隔的相控阵列,通过减少阵元数降低硬件成本的同时,保持高分辨率的波束扫描与接收;最后,联合优化阵列构型和权重系数,权重系数满足恒模约束以最大化雷达发射功效,从而进一步压低副瓣电平来改善气象雷达的抗干扰性能。仿真和实验结果表明,相控阵雷达能够实现准确高效的气象探测,稀疏阵的引入使系统在维持高分辨率的同时降低了硬件成本。具体地,在相同阵元数的条件下,稀疏阵在对气象回波反射率、多普勒频率及谱宽的估计上,都展现明显优于均匀阵的效果。

气象模拟仿真技术在电力安全应急培训中的应用与研究

为解决目前电力安全应急培训中缺乏真实感与沉浸感,实际作业场景难现、培训效果不佳等问题。本文结合VR虚拟仿真技术,粒子系统、动态纹理等三维渲染技术研发出一套关于气象变换的模拟仿真程序,分析气象仿真技术、粒子系统、动态纹理等三维渲染技术的原理与应用,为研发提供解决思路和处理方法,同时结合虚拟现实VR技术,模拟出各种环境在极端气象条件下的状态,用于高度还原应急事件场景,为完成多专业、多维度、多角色协同的应急作业训练,提供高效的安全应急培训方案。经过大量VR应急培训项目中的运用反馈,达到预期的效果,真实还原作业场景与地震灾害场景等,提高了培训者的课程内容吸收率与学习的自主性,获得了培训者的高度认可。VR虚拟仿真方法运用于电力安全应急培训是正确并有效的,可为实际生产提供指导。

航海视景中降雨仿真

气象仿真是航海模拟器中的一项重要内容,降雨仿真作为气象仿真中的一部分,其仿真效果的好坏对最终的航海场景模拟具有直接影响。粒子系统是绘制大规模粒子场景的一种有效方法,为了在航海视景中实现降雨的仿真,并能够在航海模拟器中流畅地显示,用粒子系统分析雨粒子属性,建立其运动模型,通过对粒子生命周期的计算,合理地控制粒子的产生和消亡。实验结果表明,通过合理的方法和适度的运动简化,实现了帧频的提高及降雨场景流畅的展示。

基于OGRE的实时光照及降雨天气仿真

针对目前气象效果仿真存在的实时性差及不支持全天候的问题,提出一种基于OGRE三维渲染引擎的实时光照及降雨天气仿真方法。通过网络编程获取来自Web气象接口的实时气象数据并进行数据解析,从而根据解析获得的有效气象数据进行匹配分析天气条件集合,最后进行实时气候状况的绘制及更新。在实时降雨天气的绘制过程中,通过着色器语言对全天候的光照进行真实模拟,动态计算当前时刻的光照强度,实时绘制风场作用下的降雨天气效果,实现了实时降雨条件下的虚拟场景仿真,仿真结果满足了实时性的要求。

极端冰雪灾害下电网安全评估需求分析与框架设计

2008年初中国南方极端冰雪灾害给电力基础设施造成了极大破坏,也引发了对电网安全评估、防御系统设计的诸多思考。该文分析极端冰雪灾害下电力系统安全评估研究现状和新的技术需求,设计考虑冰雪灾害影响的电网安全评估框架,并讨论需解决的关键问题以及各功能模块之间的交互关系。提出气象–电气混合仿真的概念并讨论混合仿真实现的途径。借助PSS/E编程实现基于简化线路覆冰和杆塔受力模型的覆冰–电气混合仿真,算例仿真表明该混合仿真方法可以计算得到给定覆冰模型下气象事件与电气动态的交互影响过程。

气象海洋作战仿真环境复杂性评估及分级方法

气象海洋作战仿真环境的影响评估是检验仿真环境与模拟训练难度一致性的关键问题.现有气象海洋作战仿真环境评估方法主要用于分析静态环境要素对武器装备、作战平台等的影响作用,不适用于对模拟训练中的动态复杂仿真环境进行综合评估.为了有效评估仿真环境的复杂程度,本文首先明确了气象海洋作战仿真环境复杂度的内涵,并对复杂度评估及分级层次结构进行了分析;然后,提出了复杂度评估指标,基于矩阵型灰色关联理论,建立了环境复杂度评估模型;随后,提出了复杂度分级原则,基于灰色聚类方法,建立了环境复杂度分级模型,并对可能度函数进行了改进,从而得到动态仿真环境的复杂度等级.通过模拟训练实例对本文方法验证,表明该方法能够对动态仿真环境复杂度等级做出合理评估,有助于构建符合模拟训练难度要求的仿真环境.

Role of Anthropogenic Volatile Organic Compounds and Nitrogen Oxides as Ozone Precursors in the Wintertime over East Asia

As an exercise in model sensitivity, the Models-3 Community Multiscale Air Quality (CMAQ) modeling system with meteorological fields from the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) was applied to study the response of photochemical oxidants to systematic increases in anthropogenic volatile organic compounds (VOC) and nitrogen oxides (NO x) emissions in January 1997 over East Asia. Three simulations-one base case and two sensitivity simulations were carried out. Two sensitivity simulations were performed by assuming a 35% separate increase in anthropogenic VOC and NO x emissions comparing with the base case. Biogenic VOC emissions were held constant across the sensitivity simulations. To evaluate the model performance, ozone mixing ratios (O 3) from the base case simulation were compared with surface observations at five remote sites in Japan, and it was found that the model reproduces most of the important features in the observations. Monthly average O 3 concentrations in the daytime were examined to gain an understanding of how the increase in anthropogenic emissions affected the overall chemical system for each sensitivity simulation.