[发明专利]基于多经纬仪的三维风场反演方法、装置、设备和介质

说明书

本申请涉及基于多经纬仪的三维风场反演方法、装置、设备和介质，方法包括：获取多经纬仪观测网络在设定间隔时间点上对氢气球进行协同观测时，各经纬仪得到的氢气球的观测数据；多经纬仪观测网络包括至少两台经纬仪，观测数据包括高度角和方位角；利用扩展卡尔曼滤波方法对各经纬仪的观测数据进行迭代计算处理，解算出氢气球的三维坐标及速度信息；利用氢气球运动方程对氢气球的运动轨迹进行处理，解算出背景风场三维风速。通过对多经纬仪协同探测获取的氢气球的高度角和方位角信息，代入扩展卡尔曼滤波算法获取氢气球的轨迹和速度。根据氢气球动力学方程实现背景风场三维风速的反演，达到了高精度、高可靠性地反演真实背景风场的效果。

技术领域

本申请涉及航空气象保障技术领域，特别是涉及一种基于多经纬仪的三维风场反演方法、装置、设备和介质。

背景技术

在航空气象领域，准确掌握精细的三维风场信息，能为飞机安全起降提供重要支撑。目前，用于风场探测技术主要包括探空氢气球、测风仪、风廓线雷达以及激光雷达，其中探空氢气球具有携行方便、操作简单、探测便捷等优点，成为高空气象探测和其他方式真值比对的主要手段之一，在国内外气象行业得到了广泛运用。探空氢气球探测方式是利用经纬仪连续跟踪探空氢气球获得风场信息，目前经纬仪实施空中风探测的主要方法有单经纬仪测风和双经纬仪基线测风方法。

单经纬仪测风通过获取特定时间内的探空氢气球的仰角和方位角数据，经过一定算法解算得到相应高度的空中风数据，使用方便灵活、准备时间短、操作人员少，便于在各种地形条件下完成作业任务，在气象野外、伴随保障中仍然发挥着较大作用。双经纬仪基线测风同时使用两台光学测风经纬仪观测氢气球的运动，读出仰角、方位角然后利用三角法或矢量法计算氢气球高度和风向、风速。然而，在实现本发明的过程中，发明人发现无论是单经纬仪还是双经纬仪计算空中风场信息，仍然存在着无法实现高精度反演出真实背景风场的技术问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够高精度、高可靠性地实现真实背景风场反演的基于多经纬仪的三维风场反演方法、一种基于多经纬仪的三维风场反演装置、一种计算机设备以及一种计算机可读存储介质。

为了实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种基于多经纬仪的三维风场反演方法，包括步骤：

获取多经纬仪观测网络在设定间隔时间点上对氢气球进行协同观测时，各经纬仪得到的氢气球的观测数据；多经纬仪观测网络包括至少两台经纬仪，观测数据包括高度角和方位角；

利用扩展卡尔曼滤波方法对各经纬仪的观测数据进行迭代计算处理，解算出氢气球的三维坐标及速度信息；

利用氢气球运动方程对氢气球的运动轨迹进行处理，解算出背景风场三维风速；氢气球的运动轨迹通过氢气球的三维坐标及速度信息确定。

另一方面，还提供一种基于多经纬仪的三维风场反演装置，包括：

数据获取模块，用于获取多经纬仪观测网络在设定间隔时间点上对氢气球进行协同观测时，各经纬仪得到的氢气球的观测数据；多经纬仪观测网络包括至少两台经纬仪，观测数据包括高度角和方位角；

三维速度模块，用于利用扩展卡尔曼滤波方法对各经纬仪的观测数据进行迭代计算处理，解算出氢气球的三维坐标及速度信息；

风速解算模块，用于利用氢气球运动方程对氢气球的运动轨迹进行处理，解算出背景风场三维风速；氢气球的运动轨迹通过氢气球的三维坐标及速度信息确定。

又一方面，还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现任一项的上述基于多经纬仪的三维风场反演方法的步骤。

再一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现任一项的上述基于多经纬仪的三维风场反演方法的步骤。