海面风场反演方法及装置与流程

技术特征：
1.一种海面风场反演方法，其特征在于，包括：获取目标海面中浮标的运动参数序列，所述运动参数序列包括浮标角度参数序列和浮标在东北天坐标系的东北天坐标参数序列，所述浮标角度参数序列包括横摇角参数序列、纵摇角参数序列、艏摇角参数序列，所述东北天坐标参数序列包括第一横向加速度序列、第一纵向加速度序列、第一竖直加速度序列；根据所述浮标的运动参数序列，确定所述浮标在笛卡尔坐标系的笛卡尔坐标参数序列，所述笛卡尔坐标参数序列包括第二横向加速度序列、第二纵向加速度序列、第二竖直加速度序列；根据所述第二竖直加速度序列，确定所述目标海面的海浪能量谱；根据所述海浪能量谱确定所述目标海面的风速；根据所述第二横向加速度序列、所述第二纵向加速度序列以及所述第二竖直加速度序列，确定所述目标海面的海浪方向谱；根据所述海浪方向谱确定所述目标海面的风向。2.根据权利要求1所述的海面风场反演方法，其特征在于，所述根据所述第二竖直加速度序列，确定所述目标海面的海浪能量谱，包括：对所述第二竖直加速度序列进行积分，得到所述浮标在竖直方向上的位移序列；将所述浮标在竖直方向上的位移序列分段，得到多个位移子序列；确定所述多个位移子序列的能量谱密度；根据所述多个位移子序列的能量谱密度，确定所述目标海面的海浪能量谱。3.如权利要求1所述的海面风场反演方法，其特征在于，所述根据所述第二横向加速度序列、所述第二纵向加速度序列以及所述第二竖直加速度序列，确定所述目标海面的海浪方向谱，包括：对所述第二横向加速度序列进行积分，得到所述浮标在横向上的位移序列；对所述第二纵向加速度序列进行积分，得到所述浮标在纵向上的位移序列；对所述第二竖直加速度序列进行积分，得到所述浮标在竖直方向的位移序列；根据所述浮标在横向上的位移序列、所述浮标在纵向上的位移序列，以及所述浮标在竖直方向的位移序列，确定所述海浪方向谱的海浪方向参数及所述海浪方向谱。4.如权利要求3所述的海面风场反演方法，其特征在于，所述根据所述浮标在横向上的位移序列、所述浮标在纵向上的位移序列，以及所述浮标在竖直方向的位移序列，确定所述海浪方向谱的海浪方向参数及所述海浪方向谱，包括：根据所述浮标在横向上的位移序列以及所述浮标在纵向上的位移序列，得到所述目标海面的海浪的第一交叉谱，根据所述浮标在横向上的位移序列以及所述浮标在竖直方向的位移序列，得到海浪的第二交叉谱，根据所述浮标在纵向上的位移序列以及所述浮标在竖直方向的位移序列，得到海浪的第三交叉谱，根据两个所述浮标在横向上的位移序列，得到海浪的第四交叉谱，根据两个所述浮标在纵向上的位移序列，得到所述海浪的第五交叉谱，根据两个所述浮标在竖直方向的位移序列，得到所述海浪的第六交叉谱；根据所述第一交叉谱、所述第二交叉谱、所述第三交叉谱、所述第四交叉谱、所述第五交叉谱以及所述第六交叉谱，确定所述海浪方向谱的海浪方向参数及所述海浪方向谱。5.如权利要求4所述的海面风场反演方法，其特征在于，海浪方向交叉谱包括所述第一
交叉谱、所述第二交叉谱、所述第三交叉谱、所述第四交叉谱、所述第五交叉谱以及所述第六交叉谱，所述海浪方向交叉谱包括实部和虚部；所述根据所述第一交叉谱、所述第二交叉谱、所述第三交叉谱、所述第四交叉谱、所述第五交叉谱以及所述第六交叉谱，确定所述海浪方向谱的海浪方向参数及所述海浪方向谱，包括：根据所述第一交叉谱实部的实部参数、所述第四交叉谱实部的实部参数、所述第五交叉谱实部的实部参数、所述第六交叉谱实部的实部参数、所述第二交叉谱虚部的虚部参数，以及所述第三交叉谱虚部的虚部参数，确定所述海浪方向谱的海浪方向参数；根据所述海浪方向参数，确定所述海浪方向谱。6.如权利要求5所述的海面风场反演方法，其特征在于，海浪方向谱的海浪方向参数包括第一海浪方向参数、第二海浪方向参数、第三海浪方向参数、第四海浪方向参数以及第五海浪方向参数；所述根据所述第一交叉谱实部的实部参数、所述第四交叉谱实部的实部参数、所述第五交叉谱实部的实部参数、所述第六交叉谱实部的实部参数、所述第二交叉谱虚部的虚部参数，以及所述第三交叉谱虚部的虚部参数，确定所述海浪方向谱的海浪方向参数，包括：根据所述第六交叉谱实部的实部参数，确定所述第一海浪方向参数；根据所述第四交叉谱实部的实部参数、所述第五交叉谱实部的实部参数、所述第六交叉谱实部的实部参数、所述第二交叉谱虚部的虚部参数，确定所述第二海浪方向参数；根据所述第四交叉谱实部的实部参数、所述第五交叉谱实部的实部参数、所述第六交叉谱实部的实部参数、所述第三交叉谱虚部的虚部参数，确定所述第三海浪方向参数；根据所述第四交叉谱实部的实部参数和所述第五交叉谱实部的实部参数，确定所述第四海浪方向参数；根据所述第四交叉谱实部的实部参数、所述第五交叉谱实部的实部参数，以及所述第一交叉谱实部的实部参数，确定所述第五海浪方向参数。7.如权利要求6所述的海面风场反演方法，其特征在于，所述根据所述海浪方向谱确定所述目标海面的风向，包括：根据所述第二海浪方向参数以及所述第三海浪方向参数，确定所述目标海面的风向。8.如权利要求7所述的海面风场反演方法，其特征在于，所述根据所述第二海浪方向参数以及所述第三海浪方向参数，确定所述目标海面的风向，包括：根据所述第二海浪方向参数以及所述第三海浪方向参数，确定所述目标海面多个频率对应的海浪波向；根据多个所述海浪波向，确定所述海浪波向的平均值；根据所述海浪波向的平均值，确定所述目标海面的风向。9.如权利要求1所述的海面风场反演方法，其特征在于，所述根据所述海浪能量谱确定所述目标海面的风速，包括：基于海浪作用方程、所述目标海面的波浪与风场耦合关系，以及所述海浪能量谱确定所述目标海面的风速。10.一种海面风场反演装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取目标海面中浮标的运动参数序列，所述运动参数序列包括浮标角度参数序列和浮标在东北天坐标系的东北天坐标参数序列，所述浮标角度参数序列包括横
摇角参数序列、纵摇角参数序列、艏摇角参数序列，所述东北天坐标参数序列包括第一横向加速度序列、第一纵向加速度序列、第一竖直加速度序列；第一确定模块，用于根据所述浮标的运动参数序列，确定所述浮标在笛卡尔坐标系的笛卡尔坐标参数序列，所述笛卡尔坐标参数序列包括第二横向加速度序列、第二纵向加速度序列、第二竖直加速度序列；第二确定模块，用于根据所述第二竖直加速度序列，确定所述目标海面的海浪能量谱；第三确定模块，用于根据所述海浪能量谱确定所述目标海面的风速；第四确定模块，用于根据所述第二横向加速度序列、所述第二纵向加速度序列以及所述第二竖直加速度序列，确定所述目标海面的海浪方向谱；第五确定模块，用于根据所述海浪方向谱确定所述目标海面的风向。

技术总结
本申请提供一种海面风场反演方法及装置，涉及海洋波浪测量技术领域，该方法获取目标海面中浮标的运动参数序列，根据浮标的运动参数序列，确定浮标在笛卡尔坐标系的第二横向加速度序列、第二纵向加速度序列、第二竖直加速度序列，根据第二竖直加速度序列，确定目标海面的海浪能量谱，根据海浪能量谱确定目标海面的风速，根据第二横向加速度序列、第二纵向加速度序列以及第二竖直加速度序列，确定目标海面的海浪方向谱，根据海浪方向谱确定目标海面的风向。本申请根据浮标的运动参数序列得到了目标海面的海浪方向谱和能量谱，再根据海浪方向谱和能量谱确定海面的风速和方向，实现了对海浪、风要素小范围、高时空分辨率的观测。高时空分辨率的观测。高时空分辨率的观测。


技术研发人员：党超群 王斌 张维星 胡锦国 李亚文 孙东波
受保护的技术使用者：国家海洋技术中心
技术研发日：2022.08.22
技术公布日：2022/11/11