使用 MATLAB 处理浪高仪波面变化数据得到海浪谱
# I8 F. h. Y6 R) _+ l- W( O- |步骤:
$ c! H7 i! I B/ e* p/ c
% i" x6 [3 o. @1 Q数据预处理8 W0 K( u" F8 b$ c
) v6 k% G" ^8 e1 `1 {6 }读取浪高仪测得的波面变化数据。
$ q% X6 U' v% b2 \去除数据中的异常值。0 z( o M. B& o; N
对数据进行平滑处理。. a9 T1 Q0 M' V9 M; i9 T7 p j
计算波浪谱" Q& R! S _9 R/ B
. t( y* T$ n! X4 N# [# M/ F: ^使用 Welch 方法将波面变化数据转换为频域。
- y2 k' C8 A0 ]% G6 B" N6 ]% M* o! T计算波浪谱的各个分量,如波峰频谱、波谷频谱、能量谱等。) K# p& o% c! ^; _; V
分析海浪谱
$ u9 z0 |' j2 R' H# J1 q; H" ]6 X: q1 c i/ l3 w
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。+ Y7 M) ?1 C. V! b9 b$ 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:' _* c9 m% t4 r& z2 ~, w, ]( z; }
, Q, s7 M: w. b3 Y; A% |7 u
Matlab
# Z$ T: A) \& X' L" @) X9 v% 读取数据
# Y# _- Y/ h1 Z9 i" c) s" D( U: ]data = load('wave_data.mat');4 M4 h4 }0 Q: w( l+ B
2 [& v. y8 a( g- y
% 去除异常值
}" C! D* ?/ `: V C. l6 s9 M9 Bdata = data(abs(data) < 10);
, W- J0 a- J& s% M1 g/ { ?& d. P1 V+ E9 f
% 平滑处理4 H! r a6 f1 B! }1 g* Z* g
data = smooth(data, 10);
3 Z6 ^, E$ A0 S: Q
; p- u, A4 ?3 u/ F% 计算波浪谱0 C; A6 g3 [% {; D; J
[psd, f] = pwelch(data, [], [], 'power');
- n; G& I* i j* t( c$ b' c) {; ^
8 g& [! u+ |, J' \% 计算波峰频谱 `. l; \7 S! L
peak_psd = max(psd);) D3 S# v/ z5 c2 M& X
peak_f = f(psd == peak_psd);7 I& S$ p. p1 N9 I! n
4 R# o# b7 a+ [( g+ H2 Z& |* H
% 计算波谷频谱
9 n: l% r! [1 g5 C. q0 {3 Qtrough_psd = min(psd);
0 s2 a) F2 R' L6 u/ h1 strough_f = f(psd == trough_psd);
8 J" U8 S2 k- K5 j( Y! L/ a! W' l0 C* n' K) A# L
% 计算能量谱
+ [9 h: x# N2 K! Nenergy_psd = sum(psd);( x7 ^. c$ h \9 B
- e& |4 Q% y9 \
% 分析海浪谱% v4 F4 U2 I3 l/ a( e7 Q
% ...
; f1 j+ G( _+ s: _' y
: t& m* N; l% W7 I) o. Y9 C% 绘图
/ H' n: [3 \+ X! xplot(f, psd);2 D' U) Y5 i! s
xlabel('Frequency (Hz)');2 o4 g4 `6 t4 L7 z' R' y2 F
ylabel('Power Spectral Density (m^2/Hz)');
& W7 A! @: e3 @8 V; M6 L8 W6 F# h8 O! I7 b) m% ~
% 保存结果6 i: W( O! o, ~) Z0 M$ P
save('wave_spectrum.mat', 'psd', 'f', 'peak_psd', 'peak_f', 'trough_psd', 'trough_f', 'energy_psd');' Y; u: ^, Z2 i8 `$ g/ U1 `1 o
请谨慎使用代码。
6 B0 g, F3 n: k6 K5 s) R8 R% \0 Q注意事项:
c& d8 M5 R, f9 G$ \, r: j, w# Q
4 A) H7 J4 ~( W- j8 e( [采样频率要足够高,才能准确地计算海浪谱。5 c, X1 z! q* X; Q! g
数据长度要足够长,才能得到稳定的海浪谱。. x) _5 [8 A* {& m
需要根据具体的应用场景选择合适的波浪谱分析方法。
- y) z6 ^8 ]6 D4 o- ?4 y3 j2 ^参考资料:
$ e6 a; G* E5 ]
4 ?* }7 f l% E. B& @MATLAB Wavelet Toolbox: www.52ocean.cn
6 F+ R. D1 B; _9 c3 E" ]Ocean Wave Spectra: https://wikiwaves.org/Ocean-Wave_Spectra
5 c1 B) c5 D! `9 I改进:
3 {9 l. }/ t' }/ }3 {, {
& }( A! p& J" k. [/ z5 d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。+ t8 M, y' U1 d0 u
增加对波峰频谱、波谷频谱、能量谱的计算和分析。 |