实验室波流信号的交叉谱估计方法比较

摘要

海洋中波浪和流几乎总是同时存在，其相互作用的影响极为广泛。关于波流相互作用的深入讨论，可以更加精确地解释海洋动力现象及其演变过程。交叉谱作为一种统计工具，可用于分析表面波动和水下流动在频域上的相互关系。一种好的交叉谱估计方法不一定对任何场合都有良好的估计性能，选择何种方法取决于其所处的具体的应用场合，并且随着交叉谱估计方法的不断创新和统计理论的不断完善，有必要寻找一种适合于波流相关性分析的方法，对其有更精确地理解与讨论。
　　基于理论模型给出一组基础模拟，并从改变模拟数据长度、变换共有频率、增加特有频率、改变振幅系数、加大噪声方差等方面进行了大量的系统的数值模拟，分析对比了Welch、MTM、MVDR三种方法，结果表明:MVDR方法相关信号识别能力更强，频率分辨能力更高，偏差较小，不易出现伪峰，估计结果更加可靠。另外基于中国海洋大学物理海洋实验室大型风-浪-流水槽的实验数据，选取其中三对信号进行凝聚谱估计，结果表明:三种方法给出的凝聚谱估计在以谱峰频率为中心的较宽频段上基本一致，均高于临界值，表明波流信号在主导波频段上存在显著的相关性;在高频段，MVDR方法估计存在一个类似于单谱的指数衰减趋势，而另外两种方法的估计值持续高于临界值。
　　从数值模拟和风浪实验两方面均分析得出，MVDR方法更加合理。最后，采用MVDR方法对一部分风浪实验数据进一步分析，比较了单谱与凝聚谱的走势变化，分析了波面位移和铅直流速在不同深度的相关性变化，并用滞后模型分析了波面位移和铅直流速的提前滞后关系。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 波流相关-l生的研究意义

1．2 波流相互作用的研究进展

1．3 交叉谱估计的研究进展

1．4 临界值的研究进展

1．5 研究目标与研究内容

2 交叉谱及其估计方法

2．1 交叉谱及相关概念

2．2 交叉谱估计方法介绍

2．3 凝聚谱估计、非零相关性检验及滞后模型

2．4 小结

3 数值模拟

3．1 理论模型

3．2 基础模拟

3．3 进一步模拟

3．4 结果分析

4 实验室波流数据分析

4．1 数据及其预处理

4．2 凝聚谱估计

4．3 进一步实验分析

4．4 结果分析

5 结论与展望

参考文献

致谢

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