基于波数谱的风涌分离算法研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于波数谱的风涌分离算法研究硕士研究生：张顺指导教师：卢志忠教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：周卫东教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于波数谱的风涌分离算法研究硕士研究生：张顺指导教师：卢志忠学位级别：工学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngR

2、esearchonWindSeaandSwellSeparationAlgorithmBasedonWaveNumberSpectrumCandidate:ZhangShunSupervisor:Prof.LuZhizhongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringDateofSubmission:January，2018DateofOralExamination:March，2018University:Harbin

3、EngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈

4、尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要海浪在海洋活动中是非常常见的一种表现形式。大多

5、数情况下，海况都是受到风浪和涌浪的共同影响，但是风浪和涌浪的外在表现形式和内部机制差别很大。在不同沿海海域和受到不同气象环境作用下，风浪和涌浪在海浪谱中通常以双峰谱或者多峰谱的表现形式居多。海况由于受到风浪和涌浪的共同影响，将导致海浪参数波向、波高和波周期等改变了原来的物理意义，因此研究风涌的分离和识别就变得尤为迫切。本文基于“舰载X波段航海雷达海浪反演技术”科研项目，对雷达图像数据的风涌分离做出了研究。本文在研究分析国内外大量文献后发现，现有对风涌分离进行分析研究的谱方法所进行实验的海浪数据全部采用的是浮标数据，几乎没有依据X波段航海雷达

6、图像反演海浪谱来进行风涌分离的研究，因此本文基于航海雷达数据对实现风浪和涌浪的分离方法进行了研究。目前，利用谱方法对风涌实现分离主要有两种方法：一维谱方法和二维谱方法。由于利用一维谱方法进行风涌分离考虑的信息相对较少，因此在实际应用中较为广泛。利用二维谱方法进行风涌分离的效果最明显、最可靠，但是使用二维谱方法进行风涌分离需要考虑的信息相对较多，因此在实际应用中做起来相对而言比较困难。本文首先介绍了利用航海雷达图像数据提取海浪谱的方法，先预处理选取的图像序列，然后对图像中的干扰信号进行滤除，接着对处理过后的雷达图像序列进行傅里叶变换等其它一系

7、列操作，最终得到海浪谱。在只有风浪与风涌共存混合浪两种不同的海况下，使用PM和OP这两种方法分别对得到的航海雷达一维谱进行谱分割，并将频率和波向之间的变化关系作为参考对分离结果进行检验。实验结果表明，相对于PM方法，使用OP方法进行分离的效果比较明显。在风浪和涌浪分离的基础上计算出风浪系统和涌浪系统的有效波高和波周期参数。对二维方向谱的表示方法和相关知识进行了简要描述。然后设计流程图，根据设计的流程图来详细研究算法的步骤。首先是波峰的分割，把海浪谱分为不同的分区，然后是风浪的识别与合并，用波龄的方法把风浪系统从所有波系统里识别出来，然后是涌

8、浪系统的识别与合并，最后通过能量阈值检测滤除虚假的分区。对纯风浪和混合浪的分离结果表明能够实现风浪和涌浪的分离。对相同时间和相同区域的雷达和浮标数据进行风涌分离，计算并对比分离后