📄Работа №187217
Тема: ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ТРАССИРОВКИ ОПТИЧЕСКИХ ПУЧКОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ РАССЕЯНИЯ СВЕТА НА ГЕКСАГОНАЛЬНЫХ ЛЕДЯНЫХ КРИСТАЛЛАХ ПЕРИСТЫХ ОБЛАКОВ
Характеристики работы
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Прикладная информатика
Объем:
73 листов
Год:
2022
Просмотров:
63
4900
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Методы решения задачи рассеяния света на несферических частицах 9
1.1 Точное решение задачи рассеяния света на несферических частицах 9
1.2 Метод Т-матриц 10
1.3 Метод конечных элементов 11
1.4 Метод конечных разностей во временной области 12
1.5 Метод дискретных диполей 12
1.6 Приближение геометрической оптики 14
1.7 Метод физической оптики 14
2 Автоматизация построения базы данных 16
2.1 Программа для создания пакетного файла запуска расчетов матриц рассеяния
света на вычислительном кластере ПО А СО РАН 16
2.1.1 Принцип работы программ физической оптики и параметры файла
запуска 16
2.1.2 Принцип работы программы для создания пакетного файла запуска
расчетов матриц рассеяния света 19
2.2 Программа для автоматической обработки результатов расчета 21
2.2.1 Алгоритм программы 22
3 Оптимизация метода физической оптики 27
3.1 Теоретическая основа численного интегрирования по пространственной
ориентации частицы 27
3.2 Алгоритм программы 30
4 Построение банка данных матрицы обратного рассеяния 34
4.1 Исследование влияния числа пространственных ориентации и глубины
рекурсии на точность решения 34
4.2 Результаты расчетов 45
4.3 Выводы 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ II ЛИТЕРАТУРЫ 57
ПРИЛОЖЕНИЕ А 64
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 67
ПРИЛОЖЕНИЕ В 70
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 72
1 Методы решения задачи рассеяния света на несферических частицах 9
1.1 Точное решение задачи рассеяния света на несферических частицах 9
1.2 Метод Т-матриц 10
1.3 Метод конечных элементов 11
1.4 Метод конечных разностей во временной области 12
1.5 Метод дискретных диполей 12
1.6 Приближение геометрической оптики 14
1.7 Метод физической оптики 14
2 Автоматизация построения базы данных 16
2.1 Программа для создания пакетного файла запуска расчетов матриц рассеяния
света на вычислительном кластере ПО А СО РАН 16
2.1.1 Принцип работы программ физической оптики и параметры файла
запуска 16
2.1.2 Принцип работы программы для создания пакетного файла запуска
расчетов матриц рассеяния света 19
2.2 Программа для автоматической обработки результатов расчета 21
2.2.1 Алгоритм программы 22
3 Оптимизация метода физической оптики 27
3.1 Теоретическая основа численного интегрирования по пространственной
ориентации частицы 27
3.2 Алгоритм программы 30
4 Построение банка данных матрицы обратного рассеяния 34
4.1 Исследование влияния числа пространственных ориентации и глубины
рекурсии на точность решения 34
4.2 Результаты расчетов 45
4.3 Выводы 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ II ЛИТЕРАТУРЫ 57
ПРИЛОЖЕНИЕ А 64
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 67
ПРИЛОЖЕНИЕ В 70
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 72
📖 Аннотация
Работа посвящена разработке программного обеспечения для автоматизации решения задачи рассеяния света на несферических ледяных кристаллах перистых облаков. Актуальность исследования обусловлена подготовкой к запуску космического лидара EarthCARE, для интерпретации данных которого необходима обширная база данных решений задачи рассеяния, в настоящее время создаваемая вручную. Методологической основой послужил метод трассировки оптических пучков (метод физической оптики), программная реализация которого была существенно модернизирована. В результате проведенной оптимизации скорость расчетов для крупных частиц увеличилась в 37 раз, что позволило получить решения, ранее требовавшие нескольких лет вычислений, за 23 дня. Практическим итогом стала автоматизированная система, включающая программу для пакетного запуска расчетов на вычислительном кластере и программу для обработки результатов, с помощью которой был построен и зарегистрирован банк данных матриц обратного рассеяния для гексагональных столбиков, пластинок и других форм кристаллов. Полученные результаты предназначены для использования в задачах дистанционного зондирования атмосферы и критически важны для обработки сигналов лидара EarthCARE.
📖 Введение
Облака и связанные с ними атмосферные явления играют важнейшую роль в формировании погоды и климата, тем самым влияя на многие сферы деятельности и жизнь человека. Без знания состояния атмосферы и явлений погоды нельзя обойтись авиации и другим видам транспорта, сельскому хозяйству, сфере обеспечения энергетическими ресурсами, строительству. Всем людям важно знать прогноз, чтобы неожиданные явления не смогли застать врасплох. Многообразные формы облачности помогают обнаружить многие процессы в атмосфере.
Японское агентство аэрокосмических исследований Jaxa и Европейское космическое агентство ESA запускают космический лидар в Earth Саге в 2023 году, который будет исследовать перистые облака лидарными методами. Для интерпретации получаемых на лидаре данных, необходимо решить задачу рассеяния света на ледяных частицах несферической формы. Однако в настоящее время в мире не существует эффективного метода для решения поставленной задачи, а необходимая для интерпретации база данных решений строится в ручном режиме. Поэтому требуется провести автоматизацию процесса построения базы данных решений задачи рассеяния света, что включает в себя как создание программного решения для автоматического запуска численных расчетов, так и автоматизацию обработки полученного численного решения.
Поэтому целью данной работы будет являться создание алгоритмического и программного обеспечения, позволяющего эффективно решить задачу рассеяния света на ледяных несферических частицах, для построения базы данных решений, принципиально важной для задач обработки сигнала космического лидара EartCARE.
Для реализации данной цели необходимо выполнить задачи:
1. Провести обзор литературы по темам: “Рассеяние света на гексагональных ледяных кристаллах перистых облаков”, “Оптика атмосферы и океана”, “Методы геометрической и физической оптики в задаче рассеяния света атмосферными ледяными кристаллами”. “Язык программирования C++, С”
2. Ознакомится с современным состоянием развития численных методов решения задачи рассеяния света на кристаллических частицах в рамках приближений геометрической и физической оптики.
3. Сформулировать концептуальные основы построения программной реализации метода трассировки оптических пучков.
4. Разработать и реализовать алгоритм и программное обеспечение для решения задачи рассеяния света в рамка метода трассировки пучков, а также провести исследование быстродействия и эффективности.
5. Разработать и реализовать алгоритм и программное обеспечение для автоматизированного построения базы данных решений задачи рассеяния света.
Японское агентство аэрокосмических исследований Jaxa и Европейское космическое агентство ESA запускают космический лидар в Earth Саге в 2023 году, который будет исследовать перистые облака лидарными методами. Для интерпретации получаемых на лидаре данных, необходимо решить задачу рассеяния света на ледяных частицах несферической формы. Однако в настоящее время в мире не существует эффективного метода для решения поставленной задачи, а необходимая для интерпретации база данных решений строится в ручном режиме. Поэтому требуется провести автоматизацию процесса построения базы данных решений задачи рассеяния света, что включает в себя как создание программного решения для автоматического запуска численных расчетов, так и автоматизацию обработки полученного численного решения.
Поэтому целью данной работы будет являться создание алгоритмического и программного обеспечения, позволяющего эффективно решить задачу рассеяния света на ледяных несферических частицах, для построения базы данных решений, принципиально важной для задач обработки сигнала космического лидара EartCARE.
Для реализации данной цели необходимо выполнить задачи:
1. Провести обзор литературы по темам: “Рассеяние света на гексагональных ледяных кристаллах перистых облаков”, “Оптика атмосферы и океана”, “Методы геометрической и физической оптики в задаче рассеяния света атмосферными ледяными кристаллами”. “Язык программирования C++, С”
2. Ознакомится с современным состоянием развития численных методов решения задачи рассеяния света на кристаллических частицах в рамках приближений геометрической и физической оптики.
3. Сформулировать концептуальные основы построения программной реализации метода трассировки оптических пучков.
4. Разработать и реализовать алгоритм и программное обеспечение для решения задачи рассеяния света в рамка метода трассировки пучков, а также провести исследование быстродействия и эффективности.
5. Разработать и реализовать алгоритм и программное обеспечение для автоматизированного построения базы данных решений задачи рассеяния света.
✅ Заключение
В данной работе было реализовано две программы для автоматизации построения банка данных решений задачи рассеяния света на ледяных несферических частицах перистых облаков. Первая программа позволила в полуавтоматическом режиме произвести запуск расчетов на вычислительном кластере ИОА СО РАН, вторая программа позволила эффективно обработать результаты численного решения и построить банк данных.
Также в работе проведена модернизация программной реализации метода физической оптики, что позволило ускорить получение решение в 37 раз. Так решение для частиц размером 1000 мкм на длине волны 0,355 мкм после модернизации удалось получить всего за 23 дня, в то время как до модернизации такое решение требовало бы более 2 лет работы вычислительного кластера ИОА СО РАН.
Основным практическим результатом работы является построенный банк данных матриц обратного рассеяния света для гексагональных столбиков, пластинок, частиц неправильной формы, а также дроксталлов. Полученный банк данных был зарегистрирован в государственном реестре, о чем получено свидетельство №2022620452 от 14 марта 2022 г.
Получение результаты необходимы для интерпретации данных планируемого к запуску космического лидара Earth Саге.
Также в работе проведена модернизация программной реализации метода физической оптики, что позволило ускорить получение решение в 37 раз. Так решение для частиц размером 1000 мкм на длине волны 0,355 мкм после модернизации удалось получить всего за 23 дня, в то время как до модернизации такое решение требовало бы более 2 лет работы вычислительного кластера ИОА СО РАН.
Основным практическим результатом работы является построенный банк данных матриц обратного рассеяния света для гексагональных столбиков, пластинок, частиц неправильной формы, а также дроксталлов. Полученный банк данных был зарегистрирован в государственном реестре, о чем получено свидетельство №2022620452 от 14 марта 2022 г.
Получение результаты необходимы для интерпретации данных планируемого к запуску космического лидара Earth Саге.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.