[发明专利]一种野外阵风模拟方法

说明书

本发明提出了一种野外阵风模拟方法，属于风信号模拟技术领域，其方法步骤主要为采集数据、绘图野外阵风信号的时域变化曲线；去燥；找极值点进行节点分段；生成初始种群；确定出初始种群的适应度；找出优势种群；拟合出阵风曲线。利用本发明的方法可以用少量的数据可表达出阵风变化特征，数据存储量小。

技术领域

本发明属于风信号模拟技术领域，特别涉及一种野外阵风模拟方法。

背景技术

风是风沙活动和沙漠化发生发展的动力。在实验风洞中若采用长时间时均风速值进行模拟实验时，整个动力过程被完全均一化，这是目前风沙动力学某些关键参数，如输沙率等，在野外观测与风洞实验值之间相差甚远的最重要原因。因此，实验室野外阵风信号重构、阵风模拟与复现的方法是风沙动力学的一个至关重要的研究内容。

目前，实验室研究野外阵风频率特性通常采用频域分析方法，将时域信号转化为频域表示，使用傅里叶变换对野外阵风信号进行频域分析，将实测所得的时域风速脉动信号变换到频域，无量纲化并进行平均，可得到各高度阵风水平脉动功率谱密度曲线。但是，在实际中，近地层大气湍流由于存在不同尺度的涡结构而表现出不同频率成分的脉动，其实际上是一种非定常状态的阵风，即存在突变和无平稳性，采用傅里叶变换时不能刻画时间域上信号的局部特性，而且对突变和非平稳信号的分析效果不好，没有时频分析，导致分析拟合结果失真，与实际阵风的变化状态曲线差别较大，不利于风沙动力学研究。

发明内容

为了克服现有技术所存在的不足，本发明提供了一种利用小波分析进行滤波处理，之后采用遗传算法对小波分析滤波处理后的离散数据点进行分段处理，拟合形成野外阵风的方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种野外阵风模拟方法，其是由以下步骤组成：

(1)采集野外阵风数据，输入MATLAB软件，利用软件的在线绘图做出野外阵风信号的时域变化曲线；

(2)采用一维小波分析法对步骤(1)的时域变化曲线去噪处理；

(3)找到步骤(2)去噪后的时域变化曲线的极值点，以每一个极值点为节点进行分段；

(4)选择第k分段作为目标数据集，并生成初始种群；

(5)确定出初始种群的适应度；

(6)用轮盘选择法筛选出初始种群中适应度较高的个体进行交叉变异操作处理，按照步骤(5)的方法对交叉变异操作处理后的个体与原初始种群中适应度较高的个体混合，形成优势种群；

(7)设定进化完成条件为第k分段的风速适应度α_k小于初始的风速适应度α₀，则判断优势种群的适应度最高的个体对应的适应度是否满足进化完成条件，若满足，返回步骤(4)，重复处理；若不满足，则返回步骤(6)，重复处理，直至整个时域变化曲线的所有分段进化完成，确定出去噪后的时域变化曲线所对应的集合T与的值，进而拟合出阵风曲线，/

其中，n为目标数据集的长度；A_k表示正弦型函数的幅值，为最大风速与平均风速之间的差值；m_k为第k分段的平均风速；y_k为第k分段的风速，x_k为第k分段的采样时间；l为分段数；T是采样周期的集合，是初始相位的集合；T_k是第k个分段的采样周期；/是第k个分段的初始相位。

进一步限定，所述步骤(1)野外阵风数据包是采集频率为1Hz时，在200～400mm高度位置采集的阵风风速和采样时间。

进一步限定，所述步骤(2)具体为：

(2.1)采用一维小波分析模块加载步骤(1)的野外阵风信号时域变化曲线，得到野外阵风信号曲线；