海浪谱

摘要： 受观测仪器和环境的限制,现有海浪方向谱观测技术有待发展。坐底式ADCP能够便捷地对海面高度、速度等要素进行测量,通过对海浪要素反演可以求出海浪方向分布。针对海浪测量时难以获得精准海浪运动方向估计的难题,文章将波束形成原理应用于海浪波向估计,将仿真得到的海面高度作互谱后乘以导向矢量,计算输出功率谱最大时到达角即为估计海浪传播方向。通常将平稳海况下的海浪视为平稳的具有各态历经性的随机过程,以此建立一个三维海面模型,对仿真海面高度数据使用波束形成方法估计主波向。仿真试验结果证明了该方法可以正确估计波向。

摘要： 为了研究通过引入滤波器模型实现对随机海浪的模拟,随机海浪可用有色噪声表示。在随机运动问题中,需要引入滤波器模型对白噪声输入进行处理,从而得到符合真实海浪情况的有色噪声。本文利用ARMA过程构造滤波器模型,并探讨不同阶数的ARMA滤波器模型对ITTC双参数谱的拟合程度。通过滤波器生成谱产生波浪时历,将模拟数据的统计值与ITTC双参数谱的理论值进行对比,验证滤波器的有效性。实验结果表明:滤波器模型为随机海浪的模拟与有色干扰的变化带来了极大方便。

摘要： 搭载在欧洲环境卫星(ENVISAT)上的高级合成孔径雷达(Advanced Synthetic Aperture Radar,ASAR)二级波模式数据提供了诸多海浪信息包括有效波高、波向、波长和二维海浪谱等,在海浪预报模式中具有重要作用。本文拟利用浮标观测数据对ASAR波模式算法及其反演数据精度进行对比验证。由于SAR卫星在海面的特殊成像机制,不同海况下会有不同的测量结果,通过与美国国家浮标中心(NDBC)的浮标数据对比,显示ASAR有效波高在高海况下低估和在低海况下高估的现象,在中等海况下的测量结果较优。通过研究ASAR数据集中对应的海浪谱,按照能量与方向分布可分为四种类型:单一方向海浪谱(Ⅰ类谱),180°方向模糊海浪谱(Ⅱ类谱),海浪两个方向且能量分布杂乱(Ⅲ类谱),多个传播方向且谱型杂乱海浪谱(Ⅳ类谱)。探究在不同类型下的海浪参数的精度,结果表明在单一波向正常海浪谱情况下,有效波高、波向与浮标数据一致性较好,存在180°方向模糊的对称海浪谱仅有效波高精度较高,谱型杂乱的海浪谱海浪有效波高和波向反演结果均较差。

摘要： 为解决传统偏振双向反射分布函数计算复杂、渲染实时性差的问题,基于微平面理论,提出一种更快速的偏振双向反射分布函数模型,并完成全链路的成像仿真。依据P-M海浪谱生成海面,设计了适用于偏振仿真的三维数据存储结构,讨论了探测器接收到的有效辐射并建立辐射控制方程,提出用宏观面元法向与探测方向中间向量代表微观面元平均取向的假设,改进传统P-G偏振双向反射分布函数模型。建立了海面与舰船的定向半球偏振反射率与发射率模型,最后对探测器进行建模,生成海面与舰船的图像,计算出偏振度图像,并与相近条件下获取的实拍图像进行了对比。结果表明,基于该仿真模型得到的仿真图像,与相近条件下获取的实测图像有良好的匹配度,证明了模型的准确性。

摘要： 针对海表状态在线数据的实时获取这一海洋学亟待解决的问题,提出利用数字图像处理技术和统计学方法从资源三号光学影像中提取海浪谱的能量谱、峰度和偏度等分析海表状态。根据海浪能量谱的主方向和能量谱曲线上极值转折点数,研究海表状态的复杂度;由海浪谱的峰度和偏度的极值及它们的曲线形状,判断海表状态分布;再结合光学影像中海浪的空间特征和实验区域的海水深度,确定海况类型及成因,实现海表状态和成因的分析。实验结果显示,单、交叉、多海况的海表状态与欧洲中期预报数据中统计的有效波高、波龄等参数适应的海表状态一致,是有效的。该方法为实时监测海表状态、航运安全和海上救援等提供了基础数据和新思路。

摘要： 利用台湾海峡中部2号大浮标2017年全年的实测波浪资料,对海浪的基本波要素及其与风的相关性、波谱特性进行统计分析,得出了重要特征波参数之间的回归关系和适合台湾海峡中部的海浪谱形式.研究结果显示:1)台湾海峡中部的常浪向是NE向,强浪向是NNE向,月均有效波高的变化范围为0.87～2.98m,7月波高最小,12月波高最大,波周期与波高有着相似的月际变化趋势;2)主要波浪类型是以风浪为主的混合浪,谱型上以单峰为主,波高与风速整体上呈正相关关系,大浪主要由台风和强劲的东北季风引起;3)波浪的平均周期与大部分特征波周期之间具有良好的线性相关性,NNE、NE方向的波浪有效波高和有效波周期线性相关性较强;4)相比于Jonswap谱,规范谱一是更符合本区域的海浪谱模式,给出了基于有效波高和谱峰周期拟合的规范谱一形式.这些研究成果可为海洋工程设计和波浪数值模拟提供参考.

摘要： 粗糙海面偏振特性对海面场景下的目标探测和识别具有较大影响.为了研究不同风速和探测角下海面长波红外偏振特性,基于双向反射分布函数和菲涅尔反射公式推导了长波红外偏振度计算模型,依据海浪谱和快速傅里叶变换法建立海面模型,并结合中国台站实测数据,计算了海水辐射和天空大气辐射,仿真分析了不同风速条件下海面在长波红外波段的偏振特性,仿真结果表明:随着风速的增加,各面元入射角的分布几乎对称的向两侧拓展,使得偏振度峰值减小,对应的探测角减小,当探测角小于63°时,偏振度随风速增加而增加,探测角大于63°时,偏振度随风速增加而减小,探测角为63°时,海面偏振度基本不受风速影响.研究结果对海面场景下的红外偏振探测有一定指导意义.

摘要： 海浪能作为一种新型清洁能源有很高的利用价值.通过实际的工程技术对波浪能进行开采之前,需要对开发区域的海浪进行专业的观测与统计,获得相关的海浪要素的信息.卫星通信技术的发展推动了海浪观测方法的发展,其中主要是通过卫星搭载的雷达对观测的海面发射并接收信号,根据不同的雷达成像方式获得因海面海浪运动而形成不同的信号谱,根据信号谱并结合海浪谱的特点,反演出海面的海浪谱信息.星载雷达观测海浪的方法是基于雷达监测系统的模式下,通过调整雷达的运行方式、成像方式而展开的观测方法.具体包括极化合成孔径雷达技术、紧缩极化合成孔径雷达技术和干涉合成孔径雷达技术.除此以外,还有基于卫星搭载的海洋波谱仪的海浪观测技术.

摘要： [目的]根据粤东近岸深水区1a的现场实测海浪资料,主要对该海域周年波浪基本特征进行统计分析.[方法]首先对波高和周期特征值进行逐月统计,得到全年基本分布特征;再对波向进行统计,得到波向季节特征;再对波高-周期联合分布和波高与周期之间的关系进行探讨;最后对典型台风浪的特征进行研究.[结果]结果表明:(1)全年Hs平均值为1.52 m,Hmax为15.97 m,全年12月、1月和2月的Hs平均值最大,Hmax由台风"山竹"造成;(2)受季风季候和热带气旋影响,全年常浪向和强浪向分别为ENE向和SE向;(3)全年波浪类型主要以风浪成分为主,对波高与周期的相关关系进行拟合;(4)根据"山竹"台风浪实测数据,波高和周期都有显著的升高和降低过程.通过海浪谱分析,台风期间经历了从双峰谱向单峰谱的演变,说明台风期间的波浪类型主要为风涌混合浪,谱峰值于9月16日6时达到最大值96.74 m2/Hz,谱峰频率为0.07 Hz.[结论]研究成果可以为相关海洋工程的设计提供技术参考.

摘要： 本文由中国海洋大学张大错教授提供的海浪实测时历，对数据进行预处理，消除直流、低频、高频干扰，采用经典谱估计法的协方差函数法，对m值进行优选获得实时海浪谱。

摘要： 研究无人机着舰引导和控制技术首先要对舰船的运动姿态进行研究.舰船海上运动姿态模型的建立是舰船运动姿态仿真研究的核心,本文将舰船本身看作一个线性系统,建立了舰船海上运动姿态的二阶线性系统方程,其中以海浪波倾角为输入量,舰船摇摆角度为输出量,结合我国近海海浪谱密度函数建立了一种快速、高效的舰船海浪摇摆模型.通过仿真分析三级和五级海浪下的海浪波谱和波倾角及在不同遭遇角下舰船姿态角、并与实测数据进行比较分析,证明了该舰船运动姿态模型的建立方法是可信的.

摘要： 河海大学自2010年起在江苏响水、蛎蚜山和大丰分别陆续建立了野外观测基地,旨在全面系统地认识江苏近海动力环境,为江苏近海发展提供必要的研究依据.基于响水站2011年一整年8760笔波浪浮标资料,采用快速傅里叶变换法,基于Neumann谱型基本构成,给出了响水海域的海浪推荐谱,进而利用2012年1月的波浪实测资料对该推荐谱进行了对比验证,明确了该推荐谱的合理性和指导价值.

摘要： 从作战仿真中海浪图形渲染与数值仿真需求出发,为了获得与作战海区海况相吻合的海浪,阐述了基于海浪谱的海浪建模方法,即几何造型、波谱选择、离散与采样及海浪合成.为了更为真实的描述风作用下的海浪外形,采用改进的Gerstner模型,通过大量叠加多个改进的Gerstner单元波,可以获得较为真实波动特性.对于单元波参数的获取,可以根据不同海况仿真需求,选择不同的特征参数的波谱,并论述了频谱和方向谱的多种离散与采样方法.单元波参数获取后,需要将多个单元波叠加合成海浪,推导了一个易于实现的快速傅立叶变换模型.仿真实验表明,本方法是可行有效的.

摘要： 提出了基于海浪谱的快速Fourier变换的大范围深海场景的建模方法。针对海浪三维结构上的缺陷,计算出用于水面网格变形的顶点三维数据,还计算出用于水面光照计算的表面法向量和切向量,将得到的高度场数据平铺到可见区域的网格上,以模拟出整个可见海面的波浪效果。该方法能够区分杂乱的海浪细微轮廓,可以很好的完成海浪的三维模拟,最终改进了三维海浪仿真的真实感和清晰度,达到了令人满意的效果。

摘要： 海面是对海上目标进行红外探测识别的重要背景。采用海浪谱模型模拟了海面的形态.在红外仿真过程中,综合考虑海面红外探测中太阳辐射、天空背景辐射和大气路径传输的影响,建立了海面红外特征仿真的物理模型.在海面构建和红外仿真模型的基础上,分别计算了一日中不同时刻下3~5μm和8~12μm波段波面的辐射亮度.通过将小波面辐射亮度转化为图像上的灰度,生成了海面红外辐射特征的仿真图像.计算结果表明该方法能够有效地模拟海面红外特征,可为红外探测海上目标提供依据.

摘要： 本研究通过实验的方法，对降雨对海面粗糙度以及风浪和涌浪成长的影响进行了初步的分析。用相关函数法对波面位移数据计算了海浪谱，初步讨论了降雨对波浪成长的影响。分析结果表明：在低风速下降雨对波浪成长有较为明显的影响，而在高风速下降雨对风浪和涌浪的成长影响不明显，从总体来看，降雨对高频短波有增强效应，而对低频波有抑制作用，其物理机制有待于进一步分析。

摘要： 提出了一种利用全极化真实孔径雷达测量方位方向和距离方向海浪斜率的新方法,该方法不同于极化方向角估计海浪方位向斜率方法,利用两种线极化图像信息将有关弱极化项剔除(流体动力学调制),获得仅包含倾斜项和极化调制项的雷达成像公式.利用机载SAR取代真实孔径雷达进行海浪反演,获得了与浮标一致的结果.另外,在速度聚束模式情况下,推导了双极化合成孔径雷达图像谱同海浪谱的非线性变换关系.

摘要： 本文介绍了一次利用实船进行摇荡时历测试的仪器和方法,并对实测数据进行了稳定性分析,证实这种实测手段和方法是可行的.进行实船摇荡时历测试的目的之一是反推当前海浪谱,作者给出了计算的方法和步骤.

摘要： 采用谱分析的方法,建立三维随机海浪的模型；根据大气折射率高度模型,对变折射率大气进行分层。在理论上分析激光通过随机起伏的海面和折射率不均匀分布的大气后,到达卫星接收机平面时形成的光斑的形状、位置和大小。仿真结果表明,海面随机起伏对上行光传输的影响取决于发射光束覆盖的海面区域,即海面光斑的尺寸与海浪波长的相对关系。当海面光斑的尺寸相对很大或很小时,对上行光传输的影响可忽略；在其它情况下通过适当调整发射光束的宽度可以提高通信的质量和稳定性。

摘要： 一种基于波陡函数判分的海浪波数谱重构方法，包括:对每张多普勒谱均采用谱矩法来估计得到中心频率；将得到的中心频率序列转化为速度序列后，作一次傅里叶变换得到速度谱，乘以解析函数得到原始海浪波数谱；采用波陡函数判分准则确定判决门限；波数谱的判决门限右侧为风浪成分，左侧为非风浪成分，记录峰值能量P1；根据风速仿真PM波数谱，计算有效波高和全谱峰值能量P2；若峰值能量P1小于原谱右侧风浪系统的峰值能量P2，则用Gauss波数谱对应部分来替代门限左侧的非风浪成分；若PM峰值能量P1大于峰值能量P2，则用PM波数谱对应部分来替代门限左侧的非风浪成分；可提高相干测波雷达海浪反演精度；适用于各种相干体制的岸基及船载微波多普勒雷达系统。

摘要： 本发明公开了一种基于海浪谱的三维海浪模拟方法，包括：确定观测时刻t，并取得该时刻的海浪波高；取观测时刻t前海面相对平静的某一时刻为观测的0时刻，并取得该时刻的海浪波高；在考虑海浪形成时间历程的基础上，推导得到海浪的相关函数，并计算得到海浪的衰减权值函数；将0时刻的海浪波高乘上衰减权值函数叠加在观测时刻t的海浪波高上，以此体现前一时刻海浪对观测时刻海浪的影响；改变叠加海浪的方向谱函数的角度初相位模拟风向变化；重复上述步骤，取多个时刻的海浪叠加，最终得到海浪的模拟。本发明通过上述步骤对海浪进行模拟，模拟出的海浪的效果相比传统方法失真小，符合现实的海浪。

摘要： 本发明公开一种基于惯性测量的海浪谱计算方法，包括以下步骤，获取预设时间内的N组水平系加速度；对水平系的X轴和Y轴加速度进行矢量分解，得到地理坐标系正东方向和正北方向的加速度分量，分别定义为东方向加速度A_E以及北方向加速度A_N；计算各变量之间的协交谱和自交谱，获得对应的序列；根据序列C11、Q12、Q13、C22、C33和C23计算方向谱的傅里叶分解的前M个系数，M≥2，将M个系数合成方向谱，并对方向谱进行平滑。本发明采用东方向加速度、北方向加速度、水平系垂直位移序列3个时间序列间的交叉谱来获取方向谱、平均波向和主波向，相对于传统方法，可解决因浮标尺寸形状较大而造成浮标晃动倾斜角较小甚至无倾斜状况而造成的方向谱计算误差。

摘要： 本发明公开了一种利用多频率高频雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法，包括以下步骤：划分扇形待测海洋单元；提取单一频率高频雷达的扇形待测海洋单元回波多普勒谱的较强侧一阶峰；并分离出对应的外二阶谱区域，计算该区域与较强侧一阶峰能量的比值；对该外二阶谱区域线性化，获取单频率雷达海洋回波的无向海浪谱系数矩阵；对于不同的雷达发射频率，重复上述步骤，得到多频率雷达海洋回波的无向海浪谱系数矩阵，通过奇异值分解求解其伪逆，反演无向海浪谱。本发明的优点在于，能够适应海况条件变化大的复杂多变海洋环境，满足多种海况下精确反演无向海浪谱的需要，解决了传统单一频率高频雷达反演无向海浪谱精确度不高，性能受海况限制的问题。

摘要： 本发明公开了一种基于海浪谱的三维非线性海浪模拟方法，具体步骤如下：步骤S1：设置仿真场景；步骤S2：计算非线性控制参数δ,计算公式如下：其中，α和β均为相对应的海浪频率谱S(ω)的有关常数；步骤S3：计算海浪频率方向谱S(ω,θ)；步骤S4：计算频率ω和波向角θ的分段节点数值和间隔；步骤S5：确定三维非线性海面波高模型η；步骤S6；将场景参数代入三维非线性海面波高模型η中产生模拟三维波高序列。采用上述一种基于海浪谱的三维非线性海浪模拟方法，模型中含有非线性控制参数，与具体海面状态相关，可以根据仿真场景调节组成波波形，模拟不同非线性程度的三维海浪，符合实际海浪特征。

摘要： 本发明公开一种基于二维海浪谱的海浪成分分区方法，该分区方法能够区分二维海浪谱中不同的海浪成分，并且采用了“边查找边分区，边查找边合并”的方法，在一定程度上解决了现有的分区方法中过度分割的问题，同时解决了现有分区方法过分依赖于图像分割技术、缺乏对实际海浪谱物理意义的考虑、对滤波较为依赖以及过滤噪声的同时会失去部分数据的问题。

摘要： 本公开公开了多视向SAR海浪谱数据融合的海浪截断波长补偿方法，包括：进行多视向SAR海浪同步数据模拟仿真，进而获得多视向SAR海浪同步数据；基于多视向SAR海浪同步数据，运用MPI算法对各单星SAR海浪同步数据进行反演，得到各单星SAR海浪同步数据的最适海浪谱，估算各单星海浪同步数据的截断波长；根据方位角与截断波长的关系确定各单星SAR海浪同步数据的最适海浪谱的融合权值，根据各单星SAR海浪同步数据的最适海浪谱的融合权值对反演得到的最适海浪谱进行数据融合，融合之后得到多星融合之后的最适海浪谱，基于多星融合之后的最适海浪谱，分别估算融合前后的最适海浪谱对应的截断波长，实现截断波长补偿。

摘要： 本发明公开了一种基于海浪谱的三维海浪模拟方法，包括：确定观测时刻t，并取得该时刻的海浪波高；取观测时刻t前海面相对平静的某一时刻为观测的0时刻，并取得该时刻的海浪波高；在考虑海浪形成时间历程的基础上，推导得到海浪的相关函数，并计算得到海浪的衰减权值函数；将0时刻的海浪波高乘上衰减权值函数叠加在观测时刻t的海浪波高上，以此体现前一时刻海浪对观测时刻海浪的影响；改变叠加海浪的方向谱函数的角度初相位模拟风向变化；重复上述步骤，取多个时刻的海浪叠加，最终得到海浪的模拟。本发明通过上述步骤对海浪进行模拟，模拟出的海浪的效果相比传统方法失真小，符合现实的海浪。

摘要： 本发明提供了一种双基地高频地波雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法。本发明首先对窄波束双基地高频地波雷达原始回波数据进行处理得到离散化回波多普勒谱数据，然后从离散化回波多普勒谱数据中构建比值列向量和海洋散射系数矩阵。最后，通过奇异值分解计算海洋散射系数伪逆矩阵，并且将所求海洋散射系数伪逆矩阵与比值列向量进行矩阵乘法运算得到离散化无向海浪谱。

摘要： 本发明涉及海洋观测与海洋工程领域，提供基于一维海浪谱的风浪涌浪分离方法及系统，包括：S1：获取训练数据，构建人工神经网络，通过所述训练数据对所述人工神经网络进行训练，获得训练好的人工神经网络；S2：获取待分离一维海浪谱，通过所述训练好的人工神经网络和波浪的能量守恒对所述待分离一维海浪谱进行计算，获得风浪波高和涌浪波高。本发明提出一种不参考风速信息的一维海浪谱风浪涌浪分离方法，在相对二维海浪谱分离结果的误差上，比现存的所有一维海浪谱分离方法误差均更小；同时，本方法也可以额外加入风速信息作为参考，使误差进一步降低。