大气廓线计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了大气廓线计算方法及装置，涉及气象探测领域。本发明专利技术提供的大气廓线计算方法，采用了遗传算法，并先生成了初始代种群，而后，计算了当前种群中每个染色体所对应的适应度值，而后迭代式的进行选择、交叉和变异的方式来综合生成了较优的目标染色体，并最后使用目标染色体来生成大气温度廓线，使得生成的大气温度廓线更为准确。

Calculation method and device for atmospheric profile

The invention provides a method and a device for calculating atmospheric profiles, and relates to the field of meteorological detection. The method of calculation of atmospheric profile in the present invention adopts the genetic algorithm, and is the initial generation of the population. Then, the fitness value of each chromosome in the current population is calculated. Then the iterative selection, cross and mutation are used to synthesize the better target chromosomes, and the final use of the target chromosome is used. The standard chromosome is used to generate atmospheric temperature profiles, making the atmospheric temperature profiles more accurate.

【技术实现步骤摘要】
大气廓线计算方法及装置
本专利技术涉及气象探测领域，具体而言，涉及大气廓线计算方法及装置。
技术介绍
气象火箭，是用于探测中层大气参数的温度、压力、密度及风速、风向等气象参数的火箭在各类探空火箭中，气象火箭是发射活动最频繁、发射数量最多的一种火箭，用火箭进行气象探测是收集大气资料的一种重要手段。之后，随着航天器和导弹武器的迅速发展，迫切需要中高层大气环境下的气象保障，这极大推动了气象火箭探测技术的进步，其中两项比较突出的成果是热敏电阻测量大气温度和落球法测量大气密度和风场，这也是迄今为止技术最为成熟、实际应用最广泛的两种方法。热敏电阻测量大气温度技术受其原理性影响，超过60km高度后测量误差急剧上升，只适用于60km以下的探测。而落球探测技术可测量30～100km密度、风场、温度等气象要素，是一种极具应用价值的探测方法，也是目前国际上使用最多的火箭探测手段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供大气廓线计算方法及装置。第一方面，本专利技术实施例提供了一种大气廓线计算方法，包括：生成初始代种群，初始代种群中包括预订数量的染色体，染色体为温度值；计算当前种群中每个染色体所对应的适应度值；根据适应度值，对染色体进行选择操作；对染色体进行交叉操作，以生成新的染色体；对染色体进行变异操作，以生成新的染色体；判断当前染色体种群是否满足停止条件；若是，则根据当前染色体种群中适应度值最高的目标染色体生成大气温度廓线；若否，则重新执行步骤计算当前种群中每个染色体所对应的适应度值。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，步骤判断当前染色体种群是否满足停止条件包括：判断最大遗传代数Ngen是否超过最大遗传代数的预设阈值，以及判断当前染色体种群中适应度值最高的目标染色体的适应度的绝对值是否小于1e-5；若最大遗传代数Ngen超过最大遗传代数的预设阈值，且当前染色体种群中适应度值最高的目标染色体的适应度的绝对值小于1e-5，则满足停止条件；或，若最大遗传代数Ngen超过最大遗传代数的预设阈值，或当前染色体种群中适应度值最高的目标染色体的适应度的绝对值小于1e-5，则满足停止条件。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，按照如下公式计算每个染色体所对应的适应度值：其中T100代表100km高度处的计算温度，T99.5代表99.5km处高度的计算温度，j代表染色体序号，ξ代表100km高度与99.5km高度之间的温度梯度；ξ值通过下式计算获得：其中，Hm代表中间层顶高度。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，Hm为85km–100km之间温度最低处的高度。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，按照如下公式计算每个个体的被选择概率为：其中，j为染色体编号(j＝1,2,…,20)，Fitness为染色体适应度值。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，交叉操作中的交叉概率的取值按照如下公式计算：其中，Pcross代表交叉概率，iteration表示迭代次数，Ngen表示设定的最大迭代次数。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，交叉操作中，子代染色体按照如下公式生成：其中chrom1与chrom2代表被选择进行交叉操作父代染色体，newchrom1与newchrom2代表两个新的子代染色体，rand代表0到1之间的随机数。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，变异操作中的变异概率的取值按照如下公式计算：其中，Pmutation表示变异概率，iteration表示迭代次数，Ngen表示设定的最大迭代次数。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，变异操作中的子代个体的数值按照如下公式计算：其中，chrom与newchrom分别代表父代个体和子代个体，rand1与rand2代表两个0到1之间的随机数，Ub与Lb分别代表初始高度30km处温度取值的上下边界。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种大气廓线计算装置，包括：生成模块，用于生成初始代种群，初始代种群中包括预订数量的染色体，染色体为温度值；计算模块，用于计算当前种群中每个染色体所对应的适应度值；选择模块，用于根据适应度值，对染色体进行选择操作；交叉模块，用于对染色体进行交叉操作，以生成新的染色体；变异模块，用于对染色体进行变异操作，以生成新的染色体；判断模块，用于判断当前染色体种群是否满足停止条件；若是，则根据当前染色体种群中适应度值最高的目标染色体生成大气温度廓线；若否，则触发计算模块重新工作。本专利技术实施例提供的大气廓线计算方法，采用了遗传算法，并先生成了初始代种群，而后，计算了当前种群中每个染色体所对应的适应度值，而后迭代式的进行选择、交叉和变异的方式来综合生成了较优的目标染色体，并最后使用目标染色体来生成大气温度廓线，使得生成的大气温度廓线更为准确。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1示出了相关技术中，生成大气廓线时所需要参数的获取流程；图2示出了本专利技术实施例所提供的大气廓线计算方法的基本流程图；图3示出了本专利技术实施例所提供的大气廓线计算装置的基本模块图；图4示出了本专利技术实施例所提供的大气廓线计算装置的判断模块的细节模块图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如前文中的说明，相关技术中已经出现了气象火箭落球探测技术。临近空间气象火箭落球探测技术原理：落球在下降过程中主要受重力、阻力及浮力作用，根据牛顿第二定律，其运动方程可表示为如公式1所示：其中：m为落球质量，为重力加速度，ρ为大气密度，Cd为阻尼系数，As为落球的横截面积，为落球相对于空气的速度，Vs为落球体积；求解在三维坐标系中解运动方程(公式1)的分量方程并整理可得到密度和风的表达式，如密度的表达式如公式2所示，风的表达式如公式3-5所示：Wz＝0(公式5)；其中，x表示东西方向坐标(向东为正)、y表示南北方向坐标(向北为正)和z表示沿垂直于地标方向的位置坐标，Wx、Wy和Wz表示风速在地面坐标系中的分量，h为高度，r代表地球半径。代表从轨迹数据中提取的速度，而表示加速度，ρ为大气密度，m为落球质量，Cd为阻尼系数，As为落球的横截面积，g0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大气廓线计算方法，其特征在于，包括：生成初始代种群，初始代种群中包括预订数量的染色体，染色体为温度值；计算当前种群中每个染色体所对应的适应度值；根据适应度值，对染色体进行选择操作；对染色体进行交叉操作，以生成新的染色体；对染色体进行变异操作，以生成新的染色体；判断当前染色体种群是否满足停止条件；若是，则根据当前染色体种群中适应度值最高的目标染色体生成大气温度廓线；若否，则重新执行步骤计算当前种群中每个染色体所对应的适应度值。

【技术特征摘要】
1.一种大气廓线计算方法，其特征在于，包括：生成初始代种群，初始代种群中包括预订数量的染色体，染色体为温度值；计算当前种群中每个染色体所对应的适应度值；根据适应度值，对染色体进行选择操作；对染色体进行交叉操作，以生成新的染色体；对染色体进行变异操作，以生成新的染色体；判断当前染色体种群是否满足停止条件；若是，则根据当前染色体种群中适应度值最高的目标染色体生成大气温度廓线；若否，则重新执行步骤计算当前种群中每个染色体所对应的适应度值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤判断当前染色体种群是否满足停止条件包括：判断最大遗传代数Ngen是否超过最大遗传代数的预设阈值，以及判断当前染色体种群中适应度值最高的目标染色体的适应度的绝对值是否小于1e-5；若最大遗传代数Ngen超过最大遗传代数的预设阈值，且当前染色体种群中适应度值最高的目标染色体的适应度的绝对值小于1e-5，则满足停止条件；或，若最大遗传代数Ngen超过最大遗传代数的预设阈值，或当前染色体种群中适应度值最高的目标染色体的适应度的绝对值小于1e-5，则满足停止条件。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下公式计算每个染色体所对应的适应度值：其中T100代表100km高度处的计算温度，T99.5代表99.5km处高度的计算温度，j代表染色体序号，ξ代表100km高度与99.5km高度之间的温度梯度；ξ值通过下式计算获得：其中，Hm代表中间层顶高度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，Hm为85km–100km之间温度最低处的高度。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下公式计算每个个体的被选择概率为：其中，j为染...

【专利技术属性】
技术研发人员：范志强，金波，盛峥，张晓勇，李明，
申请(专利权)人：北京爱尔达电子设备有限公司，上海长望气象科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11