一种海浪参数测量的方法与测波装置与流程

本发明涉及海况监测，特别涉及一种海浪参数测量的方法与测波装置。

背景技术：

1、目前，船舶常用的测波方式主要依赖船载雷达反演、惯性测量单元（imu）结合船舶运动响应模型进行间接推算，或通过卫星遥感数据获取大范围海况信息。其中，基于imu的测波技术应用较为广泛，其通过在船舶重心附近安装加速度传感器和陀螺仪，采集船舶六自由度运动数据，再利用波浪反演算法估算海浪的波高、波向和周期等参数。

2、然而，传统测量方法存在以下缺点：

3、（1）测量精度受船舶运动影响大：由于依赖船舶自身运动响应反推波浪参数，当船舶航速、航向变化频繁或装载状态不同时，模型误差显著增大，导致测波结果失真。

4、（2）响应延迟高，实时性差：数据需经过复杂算法处理，存在明显滞后，难以满足即时避险或动态决策需求。

5、（3）无法独立于船舶运行：一旦船舶动力或姿态控制系统异常，测波功能即受影响，可靠性低。

6、（4）安装位置受限：传感器需布置于船体中心区域以减少结构振动干扰，布设灵活性差，且易受船体变形影响。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种海浪参数测量的方法与测波装置，能够独立于船舶运行，且具有更优的实时性和准确性。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种海浪参数测量的方法，包括步骤：

4、接收浮体单元传输的三维位置坐标以及三维姿态角数据；

5、根据所述三维位置坐标以及所述三维姿态角数据，计算记录所述垂直位移数据，建立波面时间序列；

6、根据所述波面时间序列利用零上/零下交叉法识别波浪周期，并计算各个波浪的波高数据；

7、根据各个波浪的所述波高数据计算有效波高；

8、根据所述波浪周期计算周期平均值，得到平均波周期；

9、根据所述波面时间序列利用快速傅里叶变换计算功率谱密度曲线，并根据所述功率谱密度曲线中能量最大的频率，确定峰值周期；

10、通过方向谱分析法进行波向计算。

11、为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

12、一种测波装置，包括：

13、浮体单元，所述浮体单元为可漂浮于水面的密封浮漂，且所述密封浮漂内置有用于采集三维位置坐标的定位模块，和用于采集三维姿态角数据的姿态传感器；

14、解算单元，所述解算单元包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现以上所述的一种海浪参数测量的方法中的步骤。

15、本发明的有益效果在于：本发明的一种海浪参数测量的方法与测波装置，通过浮体单元直接采集三维位置坐标与三维姿态角数据，绕开传统依赖的船舶运动响应模型，不依赖船舶运动，直接基于浮体波面时间序列计算参数，避免航速、航向或装载状态变化导致的模型误差，提升测量精度；计算流程直接，无需复杂船舶建模，减少数据处理滞后，改善实时性；浮体独立感知数据，不依赖船舶动力或姿态系统，船舶异常时仍可工作，提升可靠性；浮体无需布设于船体中心，安装灵活，解决安装位置受限问题，最终实现精准、实时、独立的海浪参数测量。

1.一种海浪参数测量的方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的一种海浪参数测量的方法，其特征在于，根据所述波面时间序列利用零上/零下交叉法识别波浪周期，并计算各个波浪的波高数据，包括步骤：

3.根据权利要求1所述的一种海浪参数测量的方法，其特征在于，所述波面时间序列的建立，包括步骤：

4.根据权利要求1所述的一种海浪参数测量的方法，其特征在于，根据各个波浪的所述波高数据计算有效波高，包括步骤：

5.根据权利要求1所述的一种海浪参数测量的方法，其特征在于，通过方向谱分析法进行波向计算，包括步骤：

6.根据权利要求1所述的一种海浪参数测量的方法，其特征在于，所述波面时间序列的建立，包括步骤：

7.根据权利要求6所述的一种海浪参数测量的方法，其特征在于，对所述高频系数，采用基于stein无偏风险估计进行自适应阈值计算，包括步骤：

8.根据权利要求6所述的一种海浪参数测量的方法，其特征在于，根据计算得到的所述自适应阈值，对所述高频系数进行处理，将低于所述自适应阈值的所述高频系数置零，函数表示为：

9.一种测波装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的一种测波装置，其特征在于，还包括：