综合自然环境仿真建模理论及对实体影响建模研究

综合自然环境（SNE，Synthetic National Environment）是包括地形、海洋、大气、空间在内的整个环境领域，自然环境因素对航空、航天、航海、飞行安全、航行安全、武器性能和效能、作战训练的影响日益显著，建立SNE的模型和仿真系统进行这些影响研究是重要的技术途径。本项目主要研究基于数据建模与方程建模相融合的SNE建模理论与方法；SNE时空动态模型建模方法，建立大气环境多分辨率模型；研究自然环境领域之间相互影响的建模方法，建立近地风场模型；以近地风场和低空飞行器为例，研究自然环境和实体之间相互影响的建模方法。本项目的立题对军用和民用领域都具有良好的应用前景和研究价值，期望通过本项目的研究，提升SNE理论研究水平，探索一条较通用的自然环境研究与装备研制相互合作的技术途径，在逼真的仿真自然环境中研究实体对象的动态响应，考核其性能指标，提高仿真系统的仿真可信度。

综合自然环境（SNE，Synthetic Natural Environment）是包括地形、海洋、大气、空间在内的整个环境领域，自然环境因素对航空、航天、航海、飞行安全、航行安全、武器性能和效能、作战训练的影响日益显著，建立SNE的模型和仿真系统进行这些影响研究是重要的技术途径。. 本项目主要进行了七方面的研究。（1）本项目研究了基于数据建模与方程建模相融合的SNE建模理论与方法，数据建模方法适合用对象描述的自然环境模型，方程建模适合用场描述的自然环境模型，并研究了用这两种方法建立的环境数据应用于仿真应用系统的应用模式。（2）采用时变涡环原理建立微下冲气流模型，描述了其强度、速度、尺度随时间、空间变化的过程，将环境对象的各种属性看作在空间和时间上分布的场，在任意给定的点上(x,y,z,t)都可得到相应的属性值，这就是SNE时空动态模型建模方法。（3）建立了地形影响下的湍流模型，和过山气流模型，探讨了复杂地形影响下的近地风场的风速、风压的变化状态，研究自然环境领域之间相互影响的建模方法。（4）基于小波分析法建立了大气环境多分辨率模型，通过离散滤波来实现独立的两级分辨率之间的基变换。从最高分辨率开始，递归地进行这种滤波；在每一步滤波后，都有一些高频细节被分离出来，剩下一个更为粗糙、频率更低的表示。（5）分别基于空速和基于地速建立了飞行器非平静大气条件下的全量运动方程。基于地速建立的运动方程在形式上与无扰动的运动方程一致，但空速、迎角和侧滑角中含有风场的项，通过计算气动力和力矩影响飞机运动。（6）以近地风场和低空飞行器为例，研究了自然环境和实体之间相互影响的建模方法，从狭义的航路规划层、航路平滑层、航路跟踪与控制层三个层次上研究了风场对飞行器航路规划与控制的影响。大气对可见光传感器的影响，完成了三种近地风场下的飞机运动和控制仿真实验，揭示了风场对控制律的影响。（7）研究了在不同攻角和不同飞行速度情况下翼型的积冰曲线，以及积冰对翼型升力系数、阻力系数、升阻比的影响。. 通过本项目研究的时空动态模型建模方法、大气模型多分辨率建模方法等，为实体对象的研制提供切实有用的验证环境，研究环境影响下的实体对象的动态响应、操纵品质，提高了仿真系统的可信度，能有效地节约成本，降低风险，对军用和民用领域都具有重要的应用前景和价值。