%% Programmed by Duan Zhiyong;
%- AR模型模拟脉动风速;
v10 = 20;
n = 0.01:0.01:10;
xn = 1200*n./v10;
k = 0.003;
ti = 0.1;
s1 = 4*k*v10^2*xn.^2./n./(1+xn.^2).^(4/3); %- Davenport谱
%- 定义空间点坐标
for i = 1:20
x(i) = 5+i;
z(i) = 5+i;
end
%- AR模型取4阶,p=4
%- 求R矩阵,分别求出R0,R1,R2,R3,R4
syms f
R0 = zeros(20);
for i = 1:20
for j = i:20
H0 = inline('(4*k*v10^2*(1200*f/v10).^2)./f./(1+(1200*f/v10).^2).^(4/3).*exp(-sqrt(dx^2/50^2+dz^2/60^2))','f','k','dx','dz','v10');
dx = x(i)-x(j);
dz = z(i)-z(j);
R0(i,j) = quadl(H0,0.001,10,0.001,0,k,dx,dz,v10);
R0(j,i) = R0(i,j);
end
end
R1 = zeros(20);
for i = 1:20
for j = i:20
H1 = inline('(4*k*v10^2*(1200*f/v10).^2)./f./(1+(1200*f/v10).^2).^(4/3).*exp(-sqrt(dx^2/50^2+dz^2/60^2)).*cos(2*pi*f*1*ti)','f','k','dx','dz','ti','v10');
dx = x(i)-x(j);
dz = z(i)-z(j);
R1(i,j) = quadl(H1,0.001,10,0.001,0,k,dx,dz,ti,v10);
R1(j,i) = R1(i,j);
end
end
R2 = zeros(20);
for i = 1:20
for j = i:20
H2 = inline('(4*k*v10^2*(1200*f/v10).^2)./f./(1+(1200*f/v10).^2).^(4/3).*exp(-sqrt(dx^2/50^2+dz^2/60^2)).*cos(2*pi*f*2*ti)','f','k','dx','dz','ti','v10');
dx = x(i)-x(j);
dz = z(i)-z(j);
R2(i,j) = quadl(H2,0.001,10,0.001,0,k,dx,dz,ti,v10);
R2(j,i) = R2(i,j);
end
end
R3 = zeros(20);
for i = 1:20
for j = i:20
H3 = inline('(4*k*v10^2*(1200*f/v10).^2)./f./(1+(1200*f/v10).^2).^(4/3).*exp(-sqrt(dx^2/50^2+dz^2/60^2)).*cos(2*pi*f*3*ti)','f','k','dx','dz','ti','v10');
dx = x(i)-x(j);
dz = z(i)-z(j);
R3(i,j) = quadl(H3,0.001,10,0.001,0,k,dx,dz,ti,v10);
R3(j,i) = R3(i,j);
end
end
R4 = zeros(20);
for i = 1:20
for j = i:20
H4 = inline('(4*k*v10^2*(1200*f/v10).^2)./f./(1+(1200*f/v10).^2).^(4/3).*exp(-sqrt(dx^2/50^2+dz^2/60^2)).*cos(2*pi*f*4*ti)','f','k','dx','dz','ti','v10');
dx = x(i)-x(j);
dz = z(i)-z(j);
R4(i,j) = quadl(H4,0.001,10,0.001,0,k,dx,dz,ti,v10);
R4(j,i) = R4(i,j);
end
end
A = [R0 R1 R2 R3 ;R1 R2 R3 R0; R2 R3 R0 R1;R3 R0 R1 R2];
B = [R1;R2;R3;R4];
F = A\B; %- 80*20矩阵
q1 = F(1:20,:); %- 取F的第一个20*20矩阵
q2 = F(20+1:2*20,:); %- 取F的第二个20*20矩阵
q3 = F(2*20+1:3*20,:); %- 取F的第三个20*20矩阵
q4 = F(3*20+1:4*20,:); %- 取F的第四个20*20矩阵
Q1 = q1';
Q2 = q2';
Q3 = q3';
Q4 = q4';
RN = R0-(Q1*R1+Q2*R2+Q3*R3+Q4*R4);
L = chol(RN); %- cholesky分解
nt = zeros(20,2048);
for i = 1:2048
nt(:,i) = normrnd(0,1,20,1);
end
V(:,1) = L*nt(:,1); %- t1时各点的风速
V(:,2) = Q1*V(1:20,1)+L*nt(:,2); %- t2时各点的风速
V(:,3) = (Q1*V(1:20,2)+Q2*V(1:20,1))+L*nt(:,3); %- t3时各点的风速
V(:,4) = (Q1*V(1:20,3)+Q2*V(1:20,2)+Q3*V(1:20,1))+L*nt(:,4); %- t4时各点的风速
for t = 5:2048
V(:,t) = (Q1*V(1:20,t-1)+Q2*V(1:20,t-2)+Q3*V(1:20,t-3)+Q4*V(1:20,t-4))+L*nt(:,t); %- t时各点的风速
end
%- 求某一点的风速
V1 = V(10,:); %- 取第10点的风速
t = (1:2048)*ti;
figure;
subplot(2,1,1);
plot(t,V1,'k-'); %- 第10点的风速时程图
xlabel('t/s');
ylabel('v/(ms-1)');
axis([0 200 -8 8]);
%- 与目标谱进行比较
nfft = 2048;
window = boxcar(nfft/4);
noverlap = nfft/8;
fs = 10;
[s,f] = pwelch(V1,window,noverlap,nfft,fs,'onesided');
subplot(2,1,2);
loglog(f,s,'k-',n,s1,'r--'); %- 第10点的目标谱与模拟谱比较
xlabel('freq/Hz');
ylabel('S/(m2s-1)');
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