[發明專利]一種基于四叉樹分解算法優化的海浪磁場仿真方法

在審

• 申請號: 202110291461.9
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113128084A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 王豪
• 申請（專利權）人: 北京軍懋國興科技股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F113/08
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 董娜

1.一種基于四叉樹分解算法優化的海浪磁場仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)選擇海浪頻段和角度范圍并獲得海浪波高表達式

1.1)以地理北直角坐標系OXYZ為基礎對海浪波建立海浪磁場坐標系；

其中，OXY位于平均海平面，OZ垂直向上，Z＞0為空氣介質，Z＜0為海水介質；

海浪傳播方向為OW，OW與OX軸的夾角為θ；

磁北方向為ON，地磁場矢量H_E與ON的夾角表示地磁傾角I；ON與OX軸的夾角為地磁偏角γ；

1.2)采用Pierson-Moskowitz譜模型計算海浪頻譜S(ω)：

式中，ω為采樣頻率，α＝0.0081，β＝0.74，g為重力加速度；

U為海面上19.5m處風速，風速取值范圍(0,20)m/s；

1.3)按照下式計算海浪方向分布函數：

1.4)根據步驟1.2)的海浪頻譜S(ω)和步驟1.3)的海浪方向分布函數計算海浪方向譜函數S(ω,θ)：

S(ω,θ)＝S(ω)G(ω,θ) (3)

1.5)設定頻率范圍為ω_i-Δω_i/2至ω_i+Δω_i/2，角度范圍為θ_j-Δθ_j/2至θ_j+Δθ_j/2，并計算對應的海浪波高a_ij：

式中：i＝1,2,3,…,N；j＝1,2,3,…,N；

2)海浪方向譜函數進行離散化

利用四叉樹分解優化算法，對海浪方向譜函數進行海浪頻段和海浪方向的離散化，頻率采樣間隔為Δω，方向采樣間隔為Δθ；

3)計算每個離散網格上海浪波高

按照步驟1.5)中的公式計算得到每個離散網格ω_i和θ_j對應的海浪波高a_ij；

4)生成隨機相位

利用隨機數生成原理，產生(0,2π)之間均勻分布的隨機相位ε_n；

5)計算單頻波磁場

按照下式計算ω_i和θ_j對應離散網格下的單頻重力波產生的磁場信號模值h_B(z,θ)：

其中，a、k分別表示單頻波幅度、波數；μ₀為海水在真空中的磁導率，σ為海水電導率，H_E為地磁場矢量；

6)合成海浪磁場信號

6.1)設航空磁探儀在海平面上方高度Z_m沿著OM直線飛行，飛行路徑OM與OX軸的夾角為β，航空磁探儀的飛行速度為v；按照下式計算多普勒頻移f′：

6.2)分別計算海平面上方z_m高度航空磁探儀靜止和運動下檢測到的海浪磁場，得到海浪磁場仿真結果；其中，數值計算公式分別表示為B_s(x,y,z_m,t)和B_f(x,y,z_m,t)；

式中，Ω_n＝xcosθ_n+ysinθ_n，ω′_n＝2πf′，a_n、ω_n、k_n、θ_n為第n個波的幅度、頻率、波數、波浪傳播方向，n＝1,2,3,…,N。

2.根據權利要求1所述基于四叉樹分解算法優化的海浪磁場仿真方法，其特征在于：

步驟2)中，采樣間隔通過快速遞歸分解每個子節點網格的采樣能量至小于等于設定比例，確定最佳的非等分頻率采樣間隔和方向采樣間隔。

3.根據權利要求2所述基于四叉樹分解算法優化的海浪磁場仿真方法，其特征在于，步驟2)中，所述四叉樹分解優化算法為等能量四叉樹分解優化算法。