一种利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法技术

技术编号:20390159 阅读:28 留言:0更新日期:2019-02-20 02:57
一种利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法,用于提高最优谐波次数选取的准确度,其技术方案是,所述方法首先选取大气湍流相位功率谱密度模型,得到相应的相位结构函数理论值;然后选取参考点位置并给出满足相位屏准确性要求的相位结构函数增量比的取值范围;最后将该相位结构函数增量比的取值范围作为选取最优谐波次数的结束条件,通过计算不同谐波次数时的相位结构函数增量比得到所需的最优谐波次数。本发明专利技术根据满足相位屏准确性要求的相位结构函数增量比的取值范围确定最优谐波次数选取的结束条件,不仅能够准确地选出所需的最优谐波次数,降低计算复杂度,而且应用范围广,对三种常用的相位功率谱密度模型均适用。

【技术实现步骤摘要】
一种利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法
本专利技术涉及一种大气湍流数据的处理技术,特别是利用次谐波法模拟大气湍流相位屏时使用的、用于选取最优谐波次数的方法,属测量

技术介绍
到目前为止,大气湍流相位屏的模拟方法有很多种,如基于快速傅里叶变换的谱反演法、基于正交多项式的Zernike多项式法、基于随机中点位移的分形法等等。最常用的大气湍流相位屏模拟方法之一就是谱反演法中的次谐波法,它不但弥补了经典谱反演法中低频信息不足的问题,还拥有计算速度快、适用范围广的优点。利用此方法生成的大气湍流相位屏的准确性与添加的谐波次数有关,随着谐波次数的增加,生成相位屏的准确性越高。然而,当添加的谐波次数超过一定数值后,相位屏的准确性不但不再明显提高,还会增加仿真时间,甚至造成数值变化,因此利用次谐波模拟大气湍流相位屏时存在最优谐波次数。但是,目前关于如何选取最优谐波次数的研究很少。早期,在利用次谐波法模拟大气湍流相位屏时,添加多少次谐波没有依据,直至2004年,Sedmak才给出了一些非定量的实用评估标准;随后Carbillet对其进行了改进,给出了两种定量评估标准,然而这两种标准均存在所得最优谐波次数不够准确的问题。从上述文献可以看出,利用次谐波模拟大气湍流相位屏时存在最优谐波次数,但利用现有评估标准选取最优谐波次数的准确度尚需提高。因此,需要设计新的选取最优谐波次数的评估标准,以获取更准确的最优谐波次数,并利用其生成精确的大气湍流相位屏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术之弊端,提供一种利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法,以提高最优谐波次数选取的准确度。本专利技术所述问题是以下述技术方案解决的:一种利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法,所述方法首先选取大气湍流相位功率谱密度模型,得到相应的相位结构函数理论值;然后设置初始条件,选取参考点位置并给出满足相位屏准确性要求的相位结构函数增量比的取值范围;最后将该相位结构函数增量比的取值范围作为选取最优谐波次数的结束条件,通过计算不同谐波次数时的相位结构函数增量比得到所需的最优谐波次数。上述利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法,所述方法的处理步骤为:a.选取大气湍流相位功率谱密度模型Φφ(f),得到相应的相位结构函数理论值b.设置初始条件,选取参考点位置并给出最优谐波次数选取的结束条件:①初始条件包括:相位屏的尺寸D、大气相干长度r0(如果Φφ(f)为vonKármán模型,还需要设置大气湍流外尺度L0;如果Φφ(f)为修正的vonKármán模型,还需要设置大气湍流内尺度l0和外尺度L0);②选取参考点位置为r=D/2;③确定最优谐波次数选取的结束条件:设置满足相位屏准确性要求的相位结构函数增量比的最大值PDT,则最优谐波次数选取的结束条件为PD≤PDT;c.根据给定的结束条件,寻找满足该结束条件的最优谐波次数poptimal:(a)设置谐波次数初始值p=1;(b)计算此时的相位结构函数增量比PD:其中,为在r=D/2处的取值,ΔD(p)的表达式为:其中,fl=1/(3pD);(c)判断此时的谐波次数是否满足最优谐波次数的结束条件;如满足,则最优谐波次数poptimal=p-1;如不满足,令p=p+1,重复步骤(b)和(c),直到找到满足结束条件的最优谐波次数poptimal。上述利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法,满足相位屏准确性要求的相位结构函数增量比的最大值设置为PDT=1%。本专利技术根据满足相位屏准确性要求的相位结构函数增量比的取值范围确定最优谐波次数选取的结束条件,由于相位结构函数增量比PD的计算公式是根据生成相位屏的离散公式推导提炼得出的,因此由PD的公式计算得到的结果可以直接反应生成相位屏的准确性。不仅能够准确地选出所需的最优谐波次数,降低计算复杂度,而且应用范围广,对三种常用的相位功率谱密度模型均适用。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步详述。图1是三种常见的大气湍流相位功率谱密度模型;图2是利用本专利技术的方法选取最优谐波次数的流程图;图3vonKármán模型的相位结构函数随谐波次数的变化。文中和图中所用符号为:Φφ(f)是相位功率谱密度,f为空间频率,Dφ(r)是相位结构函数,r是两个采样点之间的距离,p是谐波次数,D为相位屏的尺寸,r0为大气相干长度,L0为大气湍流外尺度,l0为大气湍流内尺度,PD为相位结构函数增量比,PDT为满足相位屏准确性要求的相位结构函数增量比的最大值。具体实施方式本专利技术提供的利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法,不仅能快速准确地选取次谐波模拟大气湍流相位屏时所需的最优谐波次数,还可以适用于Kolmogorov、vonKármán和修正的vonKármán三种常用的相位功率谱密度模型。本专利技术技术方案的基本思路是:(1)选取大气湍流相位功率谱密度模型Φφ(f),得到相应的相位结构函数理论值(2)选取参考点位置,同时给出最优谐波次数选取的结束条件。(3)根据给定的结束条件,寻找满足该结束条件的最优谐波次数poptimal。本专利技术具体步骤的详细描述如下:第1步,选取大气湍流相位功率谱密度模型Φφ(f),得到相应的相位结构函数理论值图1是三种常见的大气湍流相位功率谱密度模型,从中选取一个大气湍流相位功率谱密度模型Φφ(f)进行实验,根据现有理论知识得到相应的相位结构函数理论值第2步,设置初始条件,选取参考点位置,同时给出最优谐波次数选取的结束条件:①初始条件包括:相位屏的尺寸D、大气相干长度r0(如果Φφ(f)为vonKármán模型,还需要设置大气湍流外尺度L0;如果Φφ(f)为修正的vonKármán模型,还需要设置大气湍流内尺度l0和外尺度L0);②选取参考点位置为r=D/2;③最优谐波次数选取的结束条件为:PDT=1%,PD≤PDT时结束;第3步,根据给定的结束条件,寻找满足该结束条件的最优谐波次数poptimal,如图2流程图所示,进行以下流程:①设置谐波次数初始值p=1;②计算此时相位结构函数增量比PD:其中,为在r=D/2处的取值,ΔD(p)的表达式为:其中,fl=1/(3pD)。③判断此时的谐波次数是否满足最优谐波次数的结束条件;如满足,则最优谐波次数poptimal=p-1;如不满足,令p=p+1,重复第3步的步骤②和步骤③,直到找到满足结束条件的最优谐波次数poptimal。为了更好地理解本专利技术的技术方案,下面结合计算实例对本专利技术作进一步的说明。计算实施例:1.采用图1中vonKármán相位功率谱密度模型Φφ(f)(几乎与实线重合),根据现有理论知识得到相应的相位结构函数理论值如图3中上部实线所示。2.设置大气相干长度r0=0.1m、大气湍流外尺度L0=10m,相位屏尺寸D=2m、参考点位置r=D/2、最优谐波次数选取的结束条件:PDT=1%,PD≤PDT时结束。3.设置谐波次数初始值p=1,根据给定的结束条件,按照图2所示的流程图,寻找到满足该结束条件的最优谐波次数poptimal=2。4.为了验证poptimal的准确性,将采用vonKármán模型时不同谐波次数生成相位屏的相位结构函数与相位结构函数理论值进行对比,结果如图3所示。从图3中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法,其特征是,所述方法首先选取大气湍流相位功率谱密度模型,得到相应的相位结构函数理论值;然后设置初始条件,选取参考点位置并给出满足相位屏准确性要求的相位结构函数增量比的取值范围;最后将该相位结构函数增量比的取值范围作为选取最优谐波次数的结束条件,通过计算不同谐波次数时的相位结构函数增量比得到所需的最优谐波次数。

【技术特征摘要】
1.一种利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法,其特征是,所述方法首先选取大气湍流相位功率谱密度模型,得到相应的相位结构函数理论值;然后设置初始条件,选取参考点位置并给出满足相位屏准确性要求的相位结构函数增量比的取值范围;最后将该相位结构函数增量比的取值范围作为选取最优谐波次数的结束条件,通过计算不同谐波次数时的相位结构函数增量比得到所需的最优谐波次数。2.根据权利要求1所述的一种利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法,其特征是,所述方法的处理步骤为:a.选取大气湍流相位功率谱密度模型Φφ(f),得到相应的相位结构函数理论值b.设置初始条件,选取参考点位置并给出最优谐波次数选取的结束条件:①初始条件包括:相位屏的尺寸D、大气相干长度r0;②选取参考点位置为r=D/2;③确定最优谐波次...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘涛张景芝雷艳旭孙春阳朱聪
申请(专利权)人:华北电力大学保定
类型:发明
国别省市:河北,13

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