[發明專利]在風浪環境下測量水面流速的方法

有效

• 申請號: 201410017806.1
• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN103728465A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 王小青;劉利;陳鵬真;種勁松
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明屬于水面流速測量技術領域，涉及在風浪環境下測量水面流速的方法。

背景技術

水面流場與風浪的互作用機理是海洋物理、流體力學、海洋微波遙感等領域非常關注的問題，水面流場與風浪的互作用機理非常復雜，實驗是研究其機理的重要手段，在這種實驗中就需要在風浪環境下測量水面流速。現有的水面流速測量方法通常是PIV(Particle?Image?Velocimetry)方法，也就是在水面上布灑示蹤例子，通過高速攝影的方法在獲取的圖像中追蹤示蹤例子的運動來測量水面流速。但是PIV方法如果用在風浪環境中進行測量，測量的結果就是風浪振動的速度和表面流場速度的疊加，難以對二者進行區分。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術在風浪環境下對水面流速測量結果是風浪振動速度與水面流速的疊加的問題，為此本發明的目的是提供一種在風浪環境下測量水面流速的方法，其測量的結果與風浪振動速度無關，而不是風浪振動速度與水面流速的耦合。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供一種在風浪環境下測量水面流速的方法的步驟包括如下：

步驟A：構建光照條件，并使得水面光強和水面斜率具有一一映射關系，并標定水面光強與水面斜率映射關系；

步驟B：用CCD線陣相機獲取水面光強信號；

步驟C：將水面光強信號轉換為水面斜率信號；

步驟D：對水面斜率信號進行空間維度傅里葉變換，獲得水面斜率譜的相位項；

步驟E：依據水面流速模型，計算出水面流速。

(三)有益效果

本發明是利用水面波浪相速度只與波長和水面流速有關而與波浪振幅無關的特點，通過測量波浪的相速度來計算水面流速，本發明的測量結果與風浪振動速度無關，不會與波浪振動速度耦合在一起。本發明解決了傳統的水面流速測量方法如果在風浪環境下測量流速，其測量結果是風浪振動速度與水面流速的疊加，二者無法區分的技術問題，傳統的流速測量方法無法用于風浪環境下的流速測量。

附圖說明

圖1是本發明在風浪環境下測量水面速的方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

圖1示出本發明在風浪環境下測量水面流速的方法的流程圖，在風浪環境下測量水面流速的步驟包括：

構建特定的光照條件，可以使得水面光強和水面斜率有一個一一映射關系表示如下：

s(x，t)=f(I(x，t))???(1)

其中x為水面空間位置，t為測量時間，s(x，t)為水面斜率，f(I(x，t))為水面光強與水面斜率的映射關系。一般情況下光照條件可以通過光強單調變化(在照射區域內光強從一端到另一端單調遞減或遞增變化)的漫射光源來構造。

標定這個映射關系后我們就可以通過CCD線陣相機獲取水面光強信號I(x，t)，本實施例中使用的CCD線陣相機型號為：DALSA相機SG-02K80，或用其他型號的相機；

將光強信號I(x，t)轉換為水面斜率信號s(x，t)。

對水面斜率信號s(x，t)進行空間維度(x維度)傅里葉變換，得到水面斜率譜S(k，t)，如下表示：

S(k,t)=∫xminxmaxs(x,t)exp(-jkx)dx---(2)]]>