使用 MATLAB 处理浪高仪波面变化数据得到海浪谱
6 C/ w- {% i8 I. m( Z4 E: e* e0 d步骤： P0 Z) q$ A7 k) U5 K4 O4 m, V
8 t/ _( e, E& z# K
数据预处理
; O, |2 i& n' ]
! ^9 n5 B5 n7 }1 I4 f, q读取浪高仪测得的波面变化数据。
% i- v" V# B" w3 W/ v去除数据中的异常值。
* P/ ?/ f! X4 ~" \( ^对数据进行平滑处理。
! \) H$ h# o$ l. X计算波浪谱- m1 _4 U& \1 t% f
8 S% Q- {1 B) f. G, V, {使用 Welch 方法将波面变化数据转换为频域。( H m$ j! |9 f9 [# Q; r
计算波浪谱的各个分量，如波峰频谱、波谷频谱、能量谱等。
5 i, y" p6 Q9 E! p# Z d2 _% w分析海浪谱
/ K$ a& e- C& x3 ~& S8 L, }6 o
) O. g3 O/ {' i' y# V根据波浪谱的各个分量，可以分析海浪的特性，如主周期、主波高、平均波高、显著波高等。, C! h, F! x3 D9 q. [
以下是使用 MATLAB 处理浪高仪波面变化数据得到海浪谱的具体代码：
N$ D3 _3 o4 x4 a4 i) ~& t. k4 f$ L( a+ Z4 k5 ^, t8 @; D9 t
Matlab3 J; M! z% [. b0 u- ]/ ?/ W
% 读取数据
/ U" i; p1 y1 j$ R- i3 Mdata = load('wave_data.mat');
6 L$ h- G9 j/ z6 b% Y& r1 F5 h2 q- k- A& w/ S2 R$ t+ R7 N
% 去除异常值
2 u, p* ^; z" Z& \ g3 I. q' N( x# odata = data(abs(data) < 10);, W. a! f5 F1 K: {$ \+ T
$ j) v% w0 f) s4 R& Z
% 平滑处理5 N7 X6 m7 T" f: L
data = smooth(data, 10);) o; f8 \$ Q$ i/ y( V
2 p% A: w& N$ L: K: q% 计算波浪谱 d# ]" Z' u+ S5 [( o
[psd, f] = pwelch(data, [], [], 'power');7 ?, \: D4 h7 m( g3 Y* Q
) }& D; z5 l) h$ m0 R8 e9 C5 p# K
% 计算波峰频谱, @7 M' S# q# T* o; U7 ~& g
peak_psd = max(psd);: `; T1 c' v" R
peak_f = f(psd == peak_psd);3 U0 h/ n9 h& R) c% m
# W `+ H. T9 t8 ~" p' ]' O8 q% 计算波谷频谱
) ^6 s. u5 R! U3 l' @* K2 vtrough_psd = min(psd);
+ U' y2 M5 z, r/ t9 Z# rtrough_f = f(psd == trough_psd);/ ~$ K( E* g! l- }: u& i' v
# A: H' g: ]1 L% 计算能量谱* L0 O- q' Q$ b% k& A& U$ G- u+ X; W
energy_psd = sum(psd);" x: l2 v5 b- Q5 s' U5 J7 P
7 N8 t/ U6 X4 ^" O9 h: @% 分析海浪谱
0 F$ ?6 x( ?$ q; C+ Y. e1 o3 \2 b# b% ...
! B7 k% ~( S) k* Y
B2 c- n6 ~% p3 R+ w% 绘图
/ n: O( x6 R- j* nplot(f, psd);; q5 F& B% f x# a
xlabel('Frequency (Hz)');
3 e( A: M4 j- Z T9 ^ylabel('Power Spectral Density (m^2/Hz)');
4 H) j/ p' J5 w5 \ H4 Y" `7 _3 w5 k( j. _1 Y/ g. \% d4 `
% 保存结果
7 r$ k; m a, ]& Gsave('wave_spectrum.mat', 'psd', 'f', 'peak_psd', 'peak_f', 'trough_psd', 'trough_f', 'energy_psd');. N' A1 F8 j" Y* o& I% {4 M
请谨慎使用代码。
/ v/ _# B% Q/ v" f' W* o. R注意事项：' J; ~. Q: v" X# S$ C. W8 ]
8 n* ?# w! A' t/ P
采样频率要足够高，才能准确地计算海浪谱。
4 U0 L. u# d1 S' v* v4 n1 u+ ^数据长度要足够长，才能得到稳定的海浪谱。
7 @+ C: S. I1 Q$ u1 v需要根据具体的应用场景选择合适的波浪谱分析方法。9 t" h! h& j: \! s3 I
参考资料：
/ C! b" @ Y% i# N% |3 F) R; t9 J0 O' }/ F
MATLAB Wavelet Toolbox: www.52ocean.cn
9 w# |) r/ S% Y! A: @ W$ |# }( |/ oOcean Wave Spectra: https://wikiwaves.org/Ocean-Wave_Spectra
7 j( ]3 F2 ~1 K8 [% V2 N+ Y0 x改进：
1 S( m0 m6 v4 f w$ G* H* h/ B1 L; G
8 b* W% f2 j. y6 N- |' Y$ P使用 Welch 方法代替傅里叶变换计算波浪谱，可以提高计算效率。. g6 w' W8 G& H2 V/ R
增加对波峰频谱、波谷频谱、能量谱的计算和分析。 |
