【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于虚拟仿真，具体涉及一种激光测风雷达气流场算显分离仿真方法及系统。
技术介绍
1、激光测风雷达气流场仿真项目是利用激光测风雷达获取指定区域内气流信息，通过高速运算获取实际气流场，对气流场建模和驱动，实时获取气流场模拟仿真结果。有助于深入解释分析气流场运动特性、评估激光测风雷达性能。
2、激光测风雷达气流场虚拟仿真技术通过对激光雷达原始数据解算，得到各测量点的风速、风向等气象要素数据，进而仿真模拟气流在空间中的流动状态，结果以三维形式呈现，实现对气流场的动态模拟和可视化显示，直观的呈现气流场的分布情况和运动特征。
3、由于激光测风雷达所采集的气流场输入数据量庞大、数据层次多、关联交互过程复杂、数据面临的不安全情况多，计算处理工作量大，气流场三维建模复杂，粒子数量庞大，显示帧频高的情况。导致计算过程中如一出现计算缺失、计算速度慢、显示卡顿、会直接影响仿真准确性和效果。在现有技术中并没有相应的方法来解决此问题，需要一种新的方法来保证仿真计算显示的逻辑清晰、数据安全、运算高效、显示流畅，从而提高系统整体能力。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，用于解决现有技术中易计算缺失、计算速度慢、显示卡顿、仿真准确率偏低的技术问题。
2、本专利技术还提供一种采用激光测风雷达气流场算显分离仿真方法的仿真系统。
3、本专利技术解决其技术问题的技术方案为：
4、一种激光测风雷达气流场算显分离
5、s1：确定仿真约束及模型配置；
6、根据应用需求指标中的雷达探测距离、探测角度范围的最大界限确定仿真空间立方体区域；根据雷达设备性能的扫描线数据密度、单批数据采集量、雷达采集频率、雷达前端处理数据容量确定最大仿真数据容量；通过前端数据线路、前端数据传输量确定仿真计算频率；根据仿真硬件资源选择仿真显示频率；根据仿真硬件资源的处理器频率、存储量、带宽、显示方式确定计算模型类型、显示模型类型以及两者的构成配置条件；
7、s2：确定计算模型、显示模型规模；
8、根据上述约束条件、临界结果推算出算显数据模型规模、单批数据计算上限、静态显示缓冲量、动态显示缓冲量；根据各模型运行周期最大包容量小于指标周期的限定来确定运行周期；根据计算频率、显示频率确定算显模型运行循环量、线程控制量；
9、s3：气流场的计算处理和显示渲染；
10、计算处理部分是根据步骤s1、s2中的仿真条件、计算规模和构成方法来建立计算线程序列、分配计算线程序列、建立各计算模型、设立计算缓冲空间；并根据计算循环量，采用cpu多核并行计算的方式执行数据计算处理工作；
11、显示渲染部分是根据步骤s1、s2中的仿真条件、计算规模和渲染方法来建立实体模型、几何矢量模型、粒子模型、设立显示缓冲空间；并根据显示帧频条件进行gpu渲染处理和显示工作；
12、s4：计算、显示协同交互；
13、计算仿真分工线路、显示仿真分工线路分别启动各自线程序列驱动模型平行运行，在算显同阶段过程中，周期任务以计算更新为交互过程起点，此时，显示渲染部分的处理随之更新、调用、释放，以计算处理部分的缓冲释放为终点，周期任务循环执行；计算仿真分工线路、显示仿真分工线路的交互数据在计算缓存与显示缓冲之间安全横向转换。
14、所述计算处理部分的数据处理的具体步骤如下：
15、d1：对气流场数据进行预处理，包括数据过滤、去噪；
16、d2：将气流场的仿真数据分为采集数据、重构数据、驱动数据、粒子数据，建立相应的数据模型；
17、d3：对建立的数学模型注入数据，模型运算各线程与硬件cpu逻辑核绑定执行，数据不同阶段的吞吐量在各阶段缓冲空间中以独立循环的方式更新；
18、d4：数据后处理，对阶段仿真结果数值进行分析、提取、平滑、融合处理。
19、所述显示渲染部分的数据处理的具体步骤如下：
20、q1：对气流场的仿真形态进行静态实体建模、几何体建模；
21、q2：利用模型管道预读对模型资源、配套材质、配置关系、gpu动态渲染算法预先转换读取；在动态缓冲驱动的情况下，根据硬件条件确定对应的显示方式完成各阶段模型粒子的显示渲染。
22、所述步骤s2中的数据模型规模包括数据类型、层次、容量。
23、所述步骤s2中的单批数据计算上限的计算公式如下：
24、单批数据计算上限=单批数据采集量*采集频率*采集浮动量/（计算频率*计算线程数）。
25、所述步骤s2中的动态显示缓冲量的计算公式如下：
26、动态显示缓冲量=动态调用数*单批上限/显示频率。
27、所述步骤s2中的运行周期包括单批数据计算时间、显示缓冲生成释放时间，单周期浮动值不超过10%。
28、所述步骤q2中的显示方式包括运动粒子显示方式、物理矢量显示方式。
29、一种采用激光测风雷达气流场算显分离仿真方法的激光测风雷达气流场仿真系统，在纵向分为硬件资源环境、软件运行框架和仿真应用三个方面，在横向上计算处理和显示渲染以逻辑独立的方式平行工作；
30、硬件资源环境，用于支撑仿真系统的数据接收、计算处理和渲染显示工作；
31、仿真应用，用于实现在框架中的具体业务功能；
32、计算处理单元，用于对气流场数据进行数据预处理、数据建模、数据计算、数据后处理；在初始化阶段进行管理模型、运动模型、驱动管理模型的准备；根据计算模型的使用约束调度资源执行计算处理工作，以内存换时间的原则设定大小适合的数据交换区域；
33、显示渲染单元，用于对气流场数据进行静态建模、显示缓冲处理、动态渲染显示处理；在初始化阶段进行实体模型、几何模型、粒子模型、渲染方法、显示管理算法的准备；按各阶段计算模型数据规模和显示模型使用条件调度资源执行渲染显示工作。
34、所述显示缓冲处理、动态渲染显示处理直接由模型预读管道以顶点着色方式关联，每个管道包括使用对象、访问索引、使用状态、显示硬件配置策略、顶点列表，以及采用d3d或opengl基础框架实现的基本图元渲染方法。
35、本专利技术的有益效果为：通过建立计算、显示两条仿真分工线路，驱动模型平行运行；两线通过阶段交互工作方式协同步进完成仿真过程，能够根据前端数据情况、使用约束保持最佳的计算、显示性能，更好的发挥硬件资源的能力，设计气流场仿真软件算显分离架构、算显模型，配以数据调度策略及管道缓存方法，使仿真计算、显示过程可以实现交互、平行运行，计算、显示两条仿真分工线路安全、独立地完成运算、处理、渲染本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，根据雷达应用要求、仿真硬件资源条件确定仿真测量的空域和时域约束、计算显示模型配置和规模，其特征在于：建立计算、显示两条仿真分工线路，驱动算显模型平行运行；两条仿真分工线路采用阶段交互的工作方式实现算显过程同步，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，其特征在于：所述计算处理部分的数据处理的具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，其特征在于：所述显示渲染部分的数据处理的具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，其特征在于：所述步骤S2中的数据模型规模包括数据类型、层次、容量。
5.根据权利要求1所述的激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，其特征在于，所述步骤S2中的单批数据计算上限的计算公式如下：
6.根据权利要求1所述的激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，其特征在于，所述步骤S2中的动态显示缓冲量的计算公式如下：
7.根据权利要求1所述的激光测风雷达气流场算显
8.根据权利要求3所述的激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，其特征在于：所述步骤Q2中的显示方式包括运动粒子显示方式、物理矢量显示方式。
9.一种采用权利要求1-8所述激光测风雷达气流场算显分离仿真方法的激光测风雷达气流场仿真系统，其特征在于：在纵向分为硬件资源环境、软件运行框架和仿真应用三个方面，在横向上计算处理和显示渲染以逻辑独立的方式平行工作；
10.根据权利要求9所述的采用激光测风雷达气流场算显分离仿真方法的激光测风雷达气流场仿真系统，其特征在于：所述显示缓冲处理、动态渲染显示处理直接由模型预读管道以顶点着色方式关联，每个管道包括使用对象、访问索引、使用状态、显示硬件配置策略、顶点列表，以及采用D3D或OpenGL基础框架实现的基本图元渲染方法。
...【技术特征摘要】
1.一种激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，根据雷达应用要求、仿真硬件资源条件确定仿真测量的空域和时域约束、计算显示模型配置和规模，其特征在于：建立计算、显示两条仿真分工线路，驱动算显模型平行运行；两条仿真分工线路采用阶段交互的工作方式实现算显过程同步，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，其特征在于：所述计算处理部分的数据处理的具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，其特征在于：所述显示渲染部分的数据处理的具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，其特征在于：所述步骤s2中的数据模型规模包括数据类型、层次、容量。
5.根据权利要求1所述的激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，其特征在于，所述步骤s2中的单批数据计算上限的计算公式如下：
6.根据权利要求1所述的激光测风雷达气流场算显分离仿真方法，其特征在于，所述步骤s2中的动态...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙杰，付荣华，张兵，沈静，魏龙超，范海震，张勇，张鹏飞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十七研究所，
类型：发明
国别省市：
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