船舶运动基于参数法的海浪方向谱估计

船舶的运动控制受多种因素的影响,比如海浪的作用力大小、风力和海水温度等。而海浪的作用力大小对船舶的运动控制影响巨大,特别是在复杂环境中,精确的海浪作用力常常难以预测。本文针对船舶操纵过程中遇到的难题,采用先进的非线性控制算法建立了船舶的运动模型,然后通过参数控制法对海浪方向谱的实现原理进行了建模分析,建立了精确的波浪运动模型,最后采用Matlab软件,对此模型的时域响应性能进行仿真验证,从而获得良好的性能。     

双峰谱海浪的数值模拟技术研究

海上的波浪观测资料统计表明，海上纯风浪和纯涌浪的出现机会比较少，大部分以混合浪形式出现，其频谱结构多为双峰甚至多峰。研究双峰谱波浪的模型表述和数值模拟技术，对三种典型的双峰谱海浪进行了数值模拟，仿真结果表明了双峰谱海浪数值模拟的有效性。     

海浪方向谱的数据测量和估计方法

海浪方向谱的研究在基础物理、海洋预报以及军事方面都有重要意义。现在已经有很多测量方法,其中现场测量方法包括设置浮简、观测阵列或传感器以及水下自治运载设备等;遥感方法包括使用雷达或卫星等。本文对其进行系统比较,并介绍不同测量方法的分析流程。另外,还对最大似然法(MLM)、扩展最大熵方法(EMEP)、贝叶斯(BDM)方法等进行了比较。     

基于二维海浪谱的风涌浪分离方法研究*

海浪通常以风浪和涌浪混合的形式存在。二者的成长、消衰、传播和破坏机制各不相同,实现风涌浪分离对海洋研究和工程应用具有重要意义。基于斯里兰卡汉班托塔海域的实测数据,讨论了传统波龄法中波龄阈值的选取问题,并对汉班托塔海域的海浪特征进行分析,最后利用波龄法对新提出的不依赖风速风向信息的超射法进行了研究。结果表明,波龄阈值取1.7时最为合理。汉班托塔海域为外海涌浪主导。超射法对外海涌浪的识别结果与波龄法一致,而对高频位置的风浪和局地涌浪给出了不同的结果,这主要是由海浪物理特性的改变慢于风速风向的变化引起。     

基于 OpenGL 的实时三维海浪可视化仿真

海浪虚拟仿真技术是海上虚拟作战平台模型库构建的重要组成,直接影响到平台运行的逼真性和可行性。论文首先以重力波为例,分析了对规则海浪模型的仿真方法,然后采用线性波浪叠加法和海浪谱理论,探讨了不规则海浪模拟及其三维生成算法,通过建立海面规则网格,调用O penG L函数库,实现了对真实海浪进行模拟,为建立海上虚拟作战平台海浪模型提供了一种技术方案。     

基于最大熵谱估计的舰船静电场实时检测方法

舰船静电场是海水中舰船产生的物理场之一,是很难被隐身的目标特征信号.以往对静电场的检测方法都是基于信号的时域特征,低信噪比情况下,检测效果差.通过对舰船静电场的频域特征分析发现,其能量主要集中在低频段,利用这个特点,提出了一种基于最大熵谱估计(MESE)的舰船静电场实时检测的方法.首先对舰船静电场信号进行最大熵谱估计,然后提取低频段功率谱值作为特征量,通过设定的浮动阈值进行分段功率谱滑动检测,用实船数据对该方法进行了验证,取得了较好的效果.     

改进的海浪波包谱

结合实测波浪资料对描述波浪群性的主要特征参数进行了统计和相关性分析,结果表明波群的高度特征和长度特征之间相关性较弱。在此基础上根据渤海和珠江口两地的波浪观测数据,采用合理的无因次化方式,拟合得到一个适于风浪的波包谱经验公式。该公式同时考虑了群高与群长两方面的因素,只要给出波要素和波群的特征参数便可确定波包谱形,便于应用,根据对实测资料波群参数的分析结果,与俞聿修等人先前建议的波包谱公式相比,该公式中给出了更合理的参数取值原则。     

长江口水域波浪谱的分析与研究

为求得充分反映长江口水域渡浪特征的特定波谱,对该水域波浪谱进行细致分析,选用PM谱、新规范谱(海大谱)、J谱(JONSWAP谱)拟合实测谱,估算3种谱型的参数,并将谱参数与特征波要素进行比较,确定它们之间的关系.最后根据拟合结果提出不同范围的推荐谱型,建议在1.27＜p＜6.77时采用海大谱,p不在上述范围内时采用J型谱.     

基于条件模拟理论的波浪数值模拟

在实验室进行波浪模拟时,有时需要产生既满足某一特定波谱又包含了某一特殊短波列的随机波浪。这往往需要进行大量的波浪模拟,从许多随机波列中进行逐波分析来寻找满足此条件的波浪,费时费力。文章基于Borgman的条件模拟波浪理论,建立了可实现将一特定短波列嵌入满足特定波谱的随机波列中的数值模拟方法。通过加入白噪声的方式,解决了计算中因病态矩阵导致的数值不稳定问题。嵌入不同参数规则波和聚焦波模拟结果表明,嵌入点、嵌入波列的波高和长度的变化对模拟波浪特征影响不大,但是如果嵌入波列的波高较大,嵌入波列后的波浪的最大波高会增大,而嵌入波列与初始随机波列的特征周期应相差不大。     

基于遗传算法的设计波浪要素推算

利用遗传算法对P-Ⅲ型分布曲线进行参数估计,论证了包括均值、离差系数和偏态系数的三参数优化方法优于只求解离差系数和偏态系数的两参数优化方法。对于含历史特大值的不连续数据序列,建议采取加权适线的曲线拟合方法。基于遗传算法M atlab工具箱设计了用于P-Ⅲ型分布参数估计和设计波浪要素推算的程序。     

基于FFT与自相关函数的快速功率谱估计方法

在信号的功率谱估计中通常采用基于自相关函数的方法。而基于自相关函数的功率谱估计的结构与离散傅立叶变换非常类似,但每次的计算结果所对应的频谱分量是任意的。考虑目前快速Fourier变换算法（FFT）已经发展成熟,且已广泛地运用到了雷达数字信号处理中。因此,文章对频谱分量所对应的参数加以调整和限制,使其与离散傅立叶变换输出完全一致,然后利用FFT算法来计算功率谱,从而实现功率谱的快速估计,最后给出了快速估计的方法步骤与计算实例,论证了该方法的有效性。     

基于二阶Stokes波理论的随机波浪力谱表示法研究

目前,采用随机性分析方法计算不规则波对海洋结构物作用时一般均采用Airy波理论,并未考虑波浪非线性的影响。本文基于二阶Stokes非线性波浪理论探讨了采用非线性波浪理论时随机波浪力谱的计算方法,并用一典型算例,对本文公式的计算结果与线性波理论的计算结果进行比较。计算结果表明,在水深较深时不能忽略波浪非线性的影响。     

基于高阶累积量的空间谱估计测向

给出了四阶累积量的定义和性质，阐述了使用四阶累积量进行空间谱估计的原理，仿真实验结果表明了该方法的有效性。     

海浪扰动信号的仿真方法

给出了一种新的以遭遇频率表示的海浪遭遇谱和遭遇波倾角谱的数学表达式，介绍了建立随机海浪模型的三种仿真方法，即频率等分法、能量等分法和有理谱法，并采用能量等分法进行了海浪模型的仿真和分析。它对于研究船舶装备、船舶行业机器人、海上作业平台和船舶的运动控制具有重要意义。     

基于四阶累量对角切片谱的线谱估计方法

研究了一种基于信号四阶累量对角切片谱的时频分布图的水中目标辐射噪声的线谱估计方法。分析了四阶累量对角切片谱具有的性质,即抑制高斯噪声和对称分布噪声;与功率谱具有相似的谱结构。介绍了Lofar处理的特点和Lofar谱图的计算步骤。结合Lo-far谱图和四阶累量对角切片谱的各自特点,提出了四阶累量对角切片谱图的处理方法。再利用图形学中的Radon变换,将谱图中的直线转换成Radon域中的峰值。得到峰值坐标后,可以计算谱图中的线谱频率等参数。仿真实例表明,该方法效果明显。     

基于Vega的虚拟海洋视景仿真研究

虚拟海洋视景仿真系统是虚拟现实技术在军事领域中的应用。由于海浪运动的随机性,虚拟海洋的计算机生成成为视景仿真领域的研究难点。文中详细讨论了两种海浪模型,重点研究Vega中海浪原理和海洋模块的计算机实现,基于Vega软件生成海浪。从效果图中可以看出,模拟的海浪效果比较好,能够满足实际应用的需求。     

单方向不规则波模拟与统计中的几个问题

单方向不规则波,由于其过程的随机性,在模拟中经常遇到波谱类型,模拟时间长度及初始相位的选定等问题,文中结合模拟统计与实践经验对其中几个问题进行了探讨,提出了在模拟研究中应对特征周期进行统计、用伪随机数优化缩短模拟时间等结论。     

基于Modelica的主动波浪补偿起重机建模与仿真

为研究主动波浪补偿起重机的动态特性和起吊重物质量等关键参数对主动波浪补偿起重机性能的影响,采用多领域统一建模语言Modelica,在MWorks仿真软件中构建二次马达、恒压变量泵、蓄能器、溢流阀和钢丝绳等模型,以构造出完整的主动波浪补偿起重机模型.对该模型进行仿真分析,结果表明:当起吊重物的质量为20t～160t时,主动波浪补偿起重机的控制效果较好;当起吊重物的质量达到200 t时,重物的补偿位移控制效果相对较差;通过调整PID控制参数可提高起重机起吊重物的质量.