一种低空风确定方法技术

本发明专利技术属于大气科学技术领域，公开了一种低空风确定方法。该方法通过统计分析不同观测站提供的低空风数据，按观测数据特征对低空风场进行分层，对缺失低空风观测值的层采用插值方法求解缺测数据。对于不同观测站低空风观测值的层重叠时，对重叠层的低空风数据进行修正，建立连续的风场，最后用回归方法构建低空风的计算方程获得低空风数据。采用本发明专利技术保证了低空风求解精度，可为载人飞船返回及其他航天航空活动提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气象
，涉及一种低空风确定方法。
技术介绍
本专利技术所指低空风为10m～3000m范围的风，由于低空风对载人飞船飞行轨迹，以及返回式卫星、导弹、飞机等低空飞行器的轨道具有重要影响，是精密定轨与轨道预报的关键气象要素。目前在发射场、着陆场等航天任务场区，以及机场等气象站点均建有测风塔和风廓线雷达，是探测低空风的两种主要设备，但两种设备探测高度、精度、资料密度等均不相同。测风塔测量距离地面100m以下的风场，测量的高度为10m、25m、50m、75m、100m共5层，其测量精度0.1m/s，测量密度为1分钟；风廓线雷达可探测80m～3253m的风场，探测的垂直分层不少于25层，测量精度为1m/s，测量密度为15分钟；两种资料在垂直高度上仅在100m附近存在重合。因此，在低空风保障中，如何综合利用这两种异源资料来计算低空风是一个计算难题。例如载人航天工程中，要计算飞船轨迹、尤其是返回时的轨道需要提供精确的低空风矢量数据，低空风矢量包括低空风风向与风速。由此，提出了怎样匹配测风塔与风廓线雷达数据，计算低空风矢量的问题。在以往的低空风矢量计算中，常规是利用线性插值方法，即以测风塔和风廓线雷达探测资料为数据基础，对100m以下的低空风利用测风塔资料、对100m以上的低空风利用风廓线雷达资料来线性插值计算。由于风廓线雷达的探测高度并不恒定，数据缺测较多，对于某一高度的风矢量采用线性插值方法计算就会导致明显的误差；尤其当在100m高度两种探测数据存在较大差别时，很难提供准确的低空风计算结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种准确的低空风计算方法，以提高载人飞船等低空飞行器的飞行轨迹确定与预报精度。为实现上述目的，本专利技术提供的低空风计算方法包括以下步骤：步骤一、建立连续的低空风场统计分析不同观测站提供的低空风数据，按观测数据特征对低空风场进行分层，对缺失低空风观测值的层采用插值方法求解缺测数据。对于不同观测站低空风观测值的层重叠时，对重叠层的低空风数据进行订正匹配。具体如下：1.1、低空风场分层统计分析不同观测站提供的低空风资料，按观测数据特征对低空风场进行分层。分层数目与观测数据的密度和精度成正比，并且高度越低、分层越密。1.2、采用插值方法求解缺测层的缺测数据根据缺测层高度距其高度差最小的两个高度的低空风观测值，采用插值方法求解缺测层的缺测数据，具体如下：如果距缺测层高度差最小的两个高度的低空风观测值分别位于缺测层高度的下方和上方，则该层的缺测低空风速度Vs0和风向Vx0分别如下：Vs0=Vs1+Vs2-Vs1Z2-Z1×(Z0-Z1)]]>Vx0=Vx1+Vx2-Vx1Z2-Z1×(Z0-Z1)]]>如果距缺测层高度差最小的两个高度的低空风观测值均位于缺测层高度的下方，则该层的缺测低空风速度Vs0和风向Vx0分别如下：Vs0=Vs1-Vs2-Vs1Z2-Z1×(Z1-Z0)]]>Vx0=Vx1-Vx2-Vx1Z2-Z1×(Z1-Z0)]]>如果距缺测层高度差最小的两个高度的低空风观测值均位于缺测层高度的上方，则该层的缺测低空风速度Vs0和风向Vx0分别如下：Vs0=Vs1+Vs1-Vs2Z1-Z2×(Z0-Z1)]]>Vx0=Vx1+Vx1-Vx2Z1-Z2×(Z0-Z1)]]>其中，Vs1、Vs2分别为距缺测层高度差最小的两个高度的低空风速，Z1、Z2分别为距缺测层高度差最小的两个高度，Z0为距缺测层高度；Vx1、Vx2分别为距缺测层高度差最小的两个高度的低空风向。1.3、获取不同观测站低空风观测值的重叠层低空风风速与风向对不同观测站低空风观测值的重叠层进行低空风数据修正，获取不同观测站低空风观测值的重叠层低空风风速与风向。对不同观测站低空风观测值的重叠层低空风风速订正匹配如下：其中，Vv订为订距匹配后的重叠层低空风风速，Vv测为精度较低的低空风风速的实测值，是不同观测站低空风风速在重叠层高度的常年平均值的差，是精度较低的低空风风速在重叠层高度的常年平均值，是精度较高的低空风风速在重叠层高度的常年平均值。对不同观测站低空风观测值的重叠层低空风风向订正匹配如下：其中，Vd订订正匹配后的重叠层低空风风向，Vd测为精度较低的低空风风向的实测值，是不同观测站低空风风向在重叠层高度的常年平均值的差，是精度较低的低空风风向在重叠层高度的常年平均值，是精度较高的低空风风向在重叠层高度的常年平均值。步骤二、求解低空风根据建立的低空风场，各层的低空风计算值与实测值间的误差，经偏差统计分析，建立回归方程进行求解低空风。求解低空风风向与风速具体如下：yd^=a0+a1Vd]]>y^v=b0+b1Vv+b2Vv2]]>其中，为求解的低空风风向值，Vd为步骤一建立的连续低空风场中相应层的低空风风向值，a0、a1为一元线性回归方程回归系数，a0与a1根据相应层的低空风风向的历史观测值和其相对应的历史计算值，利用最小二乘法确定；为求解的低空风风速值，Vv为步骤一建立的连续低空风场中相应层的低空风风速值，b0、b1、b2为回归方程回归系数，b0、b1、b2根据相应层的低空风风速的历史观测值和其相对应的历史计算值，利用最小二乘法确定。本专利技术有益技术效果：本专利技术根据不同观测站提供的低空风数据，建立连续的低空风风场，并且采用回归方法确定了求解低空风的方程。达到了综合利用各种探测高度、频度、密度、精度均不相同的不同观测站提供的低空风资料，保证了低空风求解精度。本专利技术方法在载人飞船返回、导弹、飞机等等低空飞行器精密定轨中具有重要应用价值。在我国载人飞船返回落点确定等重大航天活动中，本专利技术提供了重要的技术支撑。附图说明图1是本专利技术低空风确定方法流程图。00:00:31—03:30:33，下：18:45:27—23:15:35图2是时间段为00:00:31—03:30:33的低空风探测数据二维风场图。图3是时间段为00:00:31—03:30:33的采用本专利技术对低空风探测数据补缺后的二维风场图。图4是时间段为18:45:27—23:15:35的低空风探测数据二维风场图。图5是时间段为是时间段为18:45:27—23:15:35的采用本专利技术对低空风探测数据补缺后的二维风场图。图6是采用本专利技术计算的低空风与采用线性插值方法计算的低空风精度对比图。具体实施方式下面结合附图，以一次载人航天任务返回轨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低空风确定方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、建立连续的低空风场统计分析不同观测站提供的低空风数据，按观测数据特征对低空风场进行分层，对缺失低空风观测值的层求解缺测数据，对于不同观测站低空风观测值的层重叠时，对重叠层的低空风数据进行修正；步骤二、求解低空风求解低空风风向与风速具体如下：yd^=a0+a1Vd]]>y^v=b0+b1Vv+b2Vv2]]>其中，Vd为步骤一建立的连续低空风场中相应层的低空风风向值，a0、a1为一元线性回归方程回归系数，a0与a1根据相应层的低空风风向的历史观测值和其相对应的历史计算值，利用最小二乘法确定；Vv为步骤一建立的连续低空风场中相应层的低空风风速值，b0、b1、b2为回归方程回归系数，b0、b1、b2根据相应层的低空风风速的历史观测值和其相对应的历史计算值，利用最小二乘法确定。

【技术特征摘要】
1.一种低空风确定方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、建立连续的低空风场
统计分析不同观测站提供的低空风数据，按观测数据特征对低空风场进行分层，对
缺失低空风观测值的层求解缺测数据，对于不同观测站低空风观测值的层重叠时，对重
叠层的低空风数据进行修正；
步骤二、求解低空风
求解低空风风向与风速具体如下：
yd^=a0+a1Vd]]>y^v=b0+b1Vv+b2Vv2]]>其中，Vd为步骤一建立的连续低空风场中相应层的低空风风向值，a0、a1为一元线
性回归方程回归系数，a0与a1根据相应层的低空风风向的历史观测值和其相对应的历史
计算值，利用最小二乘法确定；Vv为步骤一建立的连续低空风场中相应层的低空风风速
值，b0、b1、b2为回归方程回归系数，b0、b1、b2根据相应层的低空风风速的历史观
测值和其相对应的历史计算值，利用最小二乘法确定。
2.根据权利要求1所述的低空风确定方法，其特征在于：所述步骤一中对缺失低
空风观测值的层采用插值方法求解缺测数据。
3.根据权利要求1或2所述的低空风确定方法，其特征在于：所述采用插值方法
求解缺测层缺测数据具体如下：
如果距缺测层高度差最小的两个高度的低空风观测值分别位于缺测层高度的下方
和上方，则该层的缺测低空风速度Vs0和风向Vx0分别如下：
Vs0=Vs1+Vs2-Vs1Z2-Z1×(Z0-Z1)]]>Vx0=Vx1+Vx2-Vx1Z2-Z1×(Z0-Z1)]]>如果距缺测层高度差最小的两个高度的低空风观测值均位于缺测层高度的下方，则

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【专利技术属性】
技术研发人员：周率，刘荟萃，李黎，陈定辉，王镓，史荟燕，师明，李勰，曹建峰，韩松涛，
申请(专利权)人：北京航天飞行控制中心，
类型：发明
国别省市：北京;11