[發(fā)明專利]基于波形疊加原理的非線性波浪的反射波分離方法

有效

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• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107490464B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳靜萍;何博;張敏;盤俊
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01C5/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 孟慶繁

本發(fā)明公開了一種基于波形疊加原理的非線性波浪的反射波分離方法，通過使用單支固定的浪高儀測量足夠時(shí)長的入射波和入射波與反射波疊加的合成波，應(yīng)用波形線性疊加原理，以及考慮波浪水槽造的入射波具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和重復(fù)性，那么從合成波中將入射波直接減去，即可獲得反射波形，從而達(dá)到分離反射波的目的。該方法只需單個固定的測量儀器，適用于線性和任意高階非線性規(guī)則波問題。測量方法簡單，求解過程容易，提高了反射波分離效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于波形疊加原理的非線性波浪的反射波分離方法。

背景技術(shù)

波浪傳播遭遇大型物體時(shí)，波浪發(fā)生反射。被反射的波與入射波在結(jié)構(gòu)物前相互疊加，形成合成波。在實(shí)驗(yàn)室里研究防波堤的水動力性能時(shí)，反射系數(shù)是重要的衡量參數(shù)之一。將反射波從合成波形中分離出來，對于防波堤水動力性能的研究具有重要的意義。目前，用于分離反射波的方法有兩大類：僅適用于線性波的分離方法和適用于非線性波的分離方法。適用于線性波的分離方法常用的有兩點(diǎn)法、三點(diǎn)法和多點(diǎn)法，即：使用固定的兩支浪高儀、三支浪高儀或更多支浪高儀測量合成波形，通過傅里葉變換、小波變換、最小二乘法等方法分析和處理合成波形，得到反射波的波高和相位；還有使用移動單支浪高儀測量的辦法，利用多普勒效應(yīng)計(jì)算反射波高。對于非線性波的反射波分離方法，假設(shè)非線性入射波和反射波是由基礎(chǔ)波形與高階自由波和約束波疊加而成的，增加的變量要求至少需要4支浪高儀測量的合成波數(shù)據(jù)才能求解，而由于高階波長的確定存在近似，考慮的非線性對于二階等輕度非線性情形能夠獲得精度較高的結(jié)果，但是對于高階非線性情形存在誤差。總之，目前的波形分離方法，無論是測量儀器還是分析方法都比較復(fù)雜：需要采用多個測量儀器或者可移動的測量儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，測量方法復(fù)雜；分析過程中未知數(shù)較多，求解復(fù)雜，并且分離過程中存在假設(shè)，對適用范圍內(nèi)的結(jié)果精度才比較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于波形疊加原理的非線性波浪的反射波分離方法，能夠解決傳統(tǒng)反射波的波形分離方法的上述不足，測量方法簡單，求解過程容易，適用于線性和任意高階非線性規(guī)則波問題，提高了反射波分離效率。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括以下步驟：

一、在實(shí)驗(yàn)室的波浪水槽中將實(shí)驗(yàn)設(shè)備按照造波設(shè)備、浪高儀、反射模型的順序安置好，并將浪高儀與數(shù)據(jù)處理器連接起來，分別進(jìn)行無反射模型和有反射模型時(shí)的兩組造波參數(shù)相同的造波試驗(yàn)；

二、利用單支固定的浪高儀對步驟一中兩組造波試驗(yàn)的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，得到無反射模型時(shí)的波形數(shù)據(jù)以及有反射模型時(shí)的波形數(shù)據(jù)；

三、在步驟二的有反射模型的波形中確定入射波形及反射波形出現(xiàn)的時(shí)間段；

四、應(yīng)用波形線性疊加原理對步驟二中的有反射模型時(shí)的波形進(jìn)行反射波的分離；

五、在步驟四所得的波形中確定反射波形的參數(shù)。

按上述方案，在步驟一中所述的“實(shí)驗(yàn)設(shè)備”包括：造波設(shè)備、浪高儀、反射模型、波浪水槽和數(shù)據(jù)處理器。造波設(shè)備由伺服電機(jī)控制，用于產(chǎn)生所需波浪，其造波穩(wěn)定性和重復(fù)性誤差均在5％以內(nèi)；浪高儀用于采集波浪數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)處理器得到波形圖，浪高儀的測量誤差在0.5％以內(nèi)；反射模型為豎直穿透水面的單塊平板，垂直于入射波方向安裝，用于反射波浪，得到合成波。

按上述方案，步驟二中的有反射模型時(shí)，浪高儀所得測量的波形是由入射波形和入射波與反射波疊加的合成波形兩段組成，可以表述如下：

而合成波形是入射波形與反射波形的疊加，可以表示為：

將(2)式代入(1)式，整理出反射波形表達(dá)式：