一种宽域高空任务环境下的飞行器高维温度预示方法

1.一种宽域高空任务环境下的飞行器高维温度预示方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：基于回归分析的温度-时间首次预测；包括：步骤1.1：飞行器任务环境的时间、高度、经度、纬度共4维空间范围及分辨率的确定；步骤1.2：以临近数据为基准，设计并训练温度-时间线性回归模型；步骤二：基于非线性拟合和误差随机表征的温度-时间二次预测；包括：步骤2.1：基于非线性拟合的温度-时间预测；步骤2.2：基于误差随机表征的温度-时间预测；步骤2.3：温度-时间综合预测模型；步骤三：基于经验公式和动态插值的温度-高度预测；包括：步骤3.1：基于经验公式的对流层温度-高度预测；步骤3.2：基于动态插值的平流层温度-高度预测；步骤四：基于动态插值的温度-经纬度预测；在经纬度二维空间内，以历史数据的分辨率为基准将二维有限空间划分为若干网格；步骤五：高维温度的融合预测；包括：步骤5.1：确定待预测点的四维包络范围；步骤5.2：确定包络范围内若干点的温度预测值；步骤5.3：依优先顺序的高维温度融合预测。 2.根据权利要求1所述的一种宽域高空任务环境下的飞行器高维温度预示方法，其特征在于：在步骤1.1中，首先明确飞行器执行任务过程中可能经历的4维空间范围；其次，分别设置四个维度的数据分辨率：时间分辨率设置为6h/数据点，高度分辨率设置为1km/数据点，经度和纬度的分辨率均设置为0.25度/数据点。 3.根据权利要求1或2所述的一种宽域高空任务环境下的飞行器高维温度预示方法，其特征在于：在步骤1.2中，具体包含临近数据的选定和线性回归模型的设计与训练：首先，选定历史数据中最新年份的数据为基准，选用数据为2022年的历史温度信息；其次，开展线性回归模型的设计与训练：以每月平均温度的相邻年际间增量为因变量，以年份为自变量，分别构建1，2，3，……，12月份的因变量关于年份的线性回归模型Δy i (x)＝k i (x-x 0 )+b i ；该式中，i表示月份，x表示年份，x 0 表示历史数据的初始年份，Δy i (x)表示第x年第i月的平均温度较前一年同期水平的增量，k i 和b i 分别表示第i月的线性回归模型的斜率和截距；进一步，利用MATLAB软件开展线性回归模型的训练，得到线性回归模型的系数。 4.根据权利要求1所述的一种宽域高空任务环境下的飞行器高维温度预示方法，其特征在于：在步骤2.1中，温度增量的预测值和真实值之间仍存在一定偏差；ξ i (x)表示第x年第i月的平均温度水平增量经步骤一后的预测值和真实值之差；通过统计分析和拟合历史数据，选用三角函数型函数表征该预测值同真实值的偏差，具体表达式为：ξ i (x)＝A i sin(B i (x-x 0 )+C i ), (1)式中，A i ，B i 和C i 分别表示第i月非线性模型中的未知参数，通过MATLAB软件拟合历史数据得到；x和x 0 分别表示待求年份和历史数据的初始年份。 5.根据权利要求1所述的一种宽域高空任务环境下的飞行器高维温度预示方法，其特征在于：在步骤2.2中，通过引入随机取值的方法表征这种情形下的误差ξ 2 i (x)，即ξ 2 i (x)＝rand(min i ,max i )；该式中，‘rand’表示随机取值函数，min i 表示训练样本集中该阶段误差的最小值，而max i 表示相应的最大误差值。 6.根据权利要求1或4或5所述的一种宽域高空任务环境下的飞行器高维温度预示方法，其特征在于：在步骤2.3中，叠加线性回归、非线性回归和误差随机表征模型，利用公式(2)，在给定经纬度和高度情形下，利用该区域历史温度数据实现温度的长期预测；y i,j (x)＝y i,j (2022)+k i (x-2018)+b i +A i sin(B i (x-2018)+C i )+rand(min i ,max i ) (2)该式中，i表示月份，j表示待预测点在月份中的具体时刻，y i,j (x)和y i,j (2022)分别表示温度在未来任一年和2022年第i月份中具体时刻j的量值。 7.根据权利要求1所述的一种宽域高空任务环境下的飞行器高维温度预示方法，其特征在于：在步骤3.1中，在对流层，温度随高度的变化关系能用普遍接受的经验公式近似表征：T＝T 0 -6×Δy, (3)式中，T表示当前高度的温度；T 0 表示已知高度的温度；Δy表示高度差，单位为km；对流层的高度范围因纬度的不同而不同，在低纬度地区的平均高度范围是17～18km，中纬度地区的平均范围是10～12km，极地的平均高度为8～9km。 8.根据权利要求1或7所述的一种宽域高空任务环境下的飞行器高维温度预示方法，其特征在于：在步骤3.2中，在平流层，分阶段开展温度-高度预测，确定待预测点在分辨率下的高度包络区间，并通过插值区间端点的温度预估待预测点的温度值；选择待预测高度h X 的包络区间，h X ∈(h 1 ,h 2 )，式中，h 1 和h 2 分别表示高度包络的两个端点；待预测高度的温度T X 满足：T X ＝(h 2 -h X )T 1 +(h X -h 1 )T 2 ，式中T 1 和T 2 分别表示包络端点处的温度。 9.根据权利要求1所述的一种宽域高空任务环境下的飞行器高维温度预示方法，其特征在于：在步骤四中，当给定待预测点时，确定其包络网格，并计算待预测点同包络网格边界点的距离d 1 ,d 2 ,d 3 ,d 4 ，分别利用公式 和 计算待预测点的两个预测值；其中T i (i＝1,2,3,4)表示包络网格端点处的温度值，T'和T”分别表示两次按照对角线包络下的温度预测值；进一步，利用公式T＝(T'+T”)/2计算待预测点的温度值。 10.根据权利要求1所述的一种宽域高空任务环境下的飞行器高维温度预示方法，其特征在于：在步骤5.1具体为：针对任一待预测点，在给定的分辨率情形下，确定其4维包络范围；其中经纬度层面的包络点数为4，高度层面的包络点数为2，时间层面选择1个满足分辨率且最接近该时刻的点；在步骤5.2具体为：在给定分辨率下，通过计算包络范围内若干点的温度预测值；首先开展基于回归分析的温度-时间首次预测，进一步基于非线性拟合和误差随机表征开展温度-时间二次预测；经此环节，完成包络范围内若干点温度在时间层面的预测；在步骤5.3具体为：按照高度、经纬度的优先顺序，首先通过计算待预测高度包络范围内若干点的温度值；依据待预测点处于对流层或平流层的不同情况，选择相应的温度关于高度的预测模型；在对流层选用经验公式，而在平流层选用动态插值方法；再利用确定经纬度层面的包络网格，计算两个预测值T'和T”，利用T＝(T'+T”)/2计算得到最终的待预测点的温度预测值。