海浪谱估计方法研究及SZF型波浪浮标数据分析软件设计

摘要

21世纪是人类开发利用海洋的世纪，开发利用海洋离不开对海洋的探测，海浪是海洋探测的重要内容之一。本文依托课题：波浪方向浮标，是国家863计划——海洋监测技术标准化工程的一个重要项目。SZF 型波浪方向浮标是由中国海洋大学研制的、无人值守的、能自动、定点、定时(或连续)地对海面波浪高度、波浪周期及波浪传播方向等要素进行遥测的小型浮标测量系统，九五期间研制成功，十五后期进行标准化工作。本文主要是配合仪器标准化工作，探索适用于SZF型波浪浮标海浪原始数据处理，获取海浪功率谱和方向谱的方法，并设计SZF型波浪浮标实时数据分析软件。 本文详细论述了对海浪波面位移序列滤波方法、常用的海浪功率谱估计方法和海浪方向谱估计方法所做的研究工作及结论：滤波选用FIR数字滤波器，功率谱估计选用周期图法，方向谱估计选用扩展本征矢法(EEV)；介绍了所选用方法的具体实现过程中遇到的问题及解决的办法；介绍了数据分析软件的设计方法和设计过程：程序编写以VC++6.0为主，采用VC++6.0和MATLAB联合编程方式，发挥二者各自优势。文章最后给出了利用数据分析软件处理实测数据的结果，处理结果表明选用的数据分析方法合理，软件达到设计要求。

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0引言

0.1海浪测量及海浪谱的重要意义

0.2测波仪的发展现状及其谱估计方法介绍

0.3 SZF型波浪浮标介绍

1滤波方法研究

1.1滤波的意义和原理

1.2波面位移原始数据介绍

1.3数字滤波器的设计

1.3.1滤波器的相位响应和群延迟

1.3.2数字滤波器的选择

1.3.3线性相位FIR滤波器窗函数设计法

1.3.4适用于海浪波面位移数据的数字滤波器设计及滤波效果

1.3.5滤波必要性的判断

1.3.6群移的消除

1.4本章小结

2功率谱估计方法研究

2.1功率谱

2.2功率谱估计方法研究

2.2.1常用的海浪谱估计方法

2.2.2海浪功率谱估计方法比较

2.2.3周期图法进行谱估计的实现

2.3本章小结

3方向谱估计方法研究

3.1海浪方向谱的引入

3.2海浪方向谱估计原始数据获取方式

3.3海浪方向谱估计方法

3.3.1海浪方向谱估计方法介绍

3.3.2数值模拟

3.3.3实测资料处理结果比较

3.4本章小结

4 SZF型波浪浮标数据分析软件设计

4.1软件设计概述

4.1.1软件开发语言介绍

4.1.2人机界面设计

4.1.3程序设计总体思想

4.2滤波程序设计

4.2.1滤波类的设计

4.2.2滤波程序实现

4.3波高统计值的计算及编程

4.3.1波高统计值的概念

4.3.2波高统计值计算与编程

4.4表观波向统计

4.4.1表观波向的引入

4.4.2表观波向的统计与编程

4.5功率谱估计的实现

4.5.1快速傅立叶变换类

4.5.2置信区间的计算

4.5.3功率谱估计编程

4.6方向谱估计编程

4.6.1 VC与MATLAB联合编程介绍

4.6.2方向谱估计的具体实现

4.6.3方向谱估计编程

4.7本章小结

5处理现场测量数据及分析结果

5.1数据来源及数据介绍

5.2处理结果

6结论与展望

参考文献

致谢