[發(fā)明專利]一種基于波群識別的畸形波短期預(yù)報方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910237497.1
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN109946763B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬玉祥;付睿麗;董國海
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01W1/10
• 分類號: G01W1/10;G08B21/10
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

1.一種基于波群識別的畸形波短期預(yù)報方法，其特征在于，步驟如下：

A、海洋實時波浪序列的波群識別

基于波面的小波變換結(jié)果，建立一種新型的波群識別方法，該方法以二維坐標(biāo)圖的形式，直觀快速地進(jìn)行波群識別，步驟如下：

步驟1：對實時接收到的波浪時間序列x_n用小波變換處理，見公式(1)：

其中：*號表示復(fù)共軛，s是尺度參數(shù)，x(t)為實測波面序列，τ為與小波對應(yīng)的局部時間參數(shù)，ψ是由母小波ψ₀量綱一化所得結(jié)果，t為時間；

在波浪分析中，選用Morlet小波，如公式(2)所示：

其中：ω₀是母小波的譜峰頻率，取6.0；

步驟2：求出不同尺度s下小波能量的平均值，見公式(3)；接著得到每一時刻所有尺度能量最大值與平均值的差，定義為“尺度不均勻小波能量”，見公式(4)，有效地提取波群：

其中：s₀是分辨的最小尺度，N是總采樣點數(shù)，Δt是采樣間隔，δ是尺度參數(shù)，對于MORLET母小波，δ的最大值為0.5；

步驟3：根據(jù)公式(4)得到的“尺度不均勻小波能量”的極小值，識別波群；兩個極小值之間，即為一個波群；

步驟4：定義“尺度不均勻小波能量”中波峰與相鄰波谷值之差小于該序列中所有波峰與相鄰波谷值之差的平均值的1/3的波動，不看作一個單獨的波群，見公式(5)：

B、畸形波預(yù)報參數(shù)的建立

步驟5：波群的無量綱“尺度不均勻小波能量”的最大值與畸形波生成密切相關(guān)，其中無量綱“尺度不均勻小波能量”的最大值越大，該波群演化過程出現(xiàn)的最大波高越大，演化成畸形波的概率越大；當(dāng)該無量綱“尺度不均勻小波能量”的最大值超過閾值220時，即判斷發(fā)生了畸形波；

步驟6：當(dāng)該波群的無量綱“尺度不均勻小波能量”的最大值超過閾值220時，提取出該波群，對該波群進(jìn)行傅里葉變換，提取出各組成波的頻率、相位和振幅，并根據(jù)線性色散關(guān)系(6)，得到各組成波的波數(shù)：

ω_i²＝gk_ith(k_ih)(6)

其中：ω_i表示第i個組成波的角頻率，k_i表示第i個組成波的波數(shù)，h為水深，g為重力加速度，取9.8m/s²；

步驟7：計算該波群的傳播速度，見公式(7)：

其中：a_i表示第i個組成波的振幅，Δf為相鄰組成波的頻率差，c_gi為第i個組成波的線性群速度，通過公式(8)計算得到：

步驟8：通過波浪的線性疊加，見公式(9)，推算該波群在任一空間位置的波面演化，得到該波群可能產(chǎn)生的最大波高、出現(xiàn)的位置、時刻及持續(xù)時間；

其中：R表示波群組成波頻率的個數(shù)。