使用 MATLAB 处理浪高仪波面变化数据得到海浪谱
' f7 M" u5 \+ e: p5 Z3 u步骤:1 Z7 u7 K8 L2 ]' ]0 k/ l
5 n" h7 p/ \; ]* t5 Q
数据预处理
1 \, {' A+ J& t) g5 v% [$ x9 n7 E* U% t7 v a% a; P
读取浪高仪测得的波面变化数据。7 J3 F6 M/ c) B, d7 P
去除数据中的异常值。
. v0 |5 M X" @; ^2 E# [( N对数据进行平滑处理。% h& y6 a* M( H
计算波浪谱
+ R n: Y" r5 w4 L$ [, q8 \
, @' x4 |/ a8 h* W4 O使用 Welch 方法将波面变化数据转换为频域。
. \8 \0 ]9 ~1 Q& |计算波浪谱的各个分量,如波峰频谱、波谷频谱、能量谱等。# W7 M$ m# V& I5 N+ z
分析海浪谱! T& O4 h% G$ N7 F8 w' C! f
( X" X7 m( F q$ n4 m @7 P
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。- {( r$ S5 o$ R6 q0 r( z
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:( |5 w1 J& m0 |0 D' L* U4 Z: M+ @
- S: E4 s" ]! v9 B. c- ~* x7 B+ h# kMatlab; M, i+ N A% {! H' a
% 读取数据3 Z" g+ l& Q# g- V+ M- H
data = load('wave_data.mat');
# f: l% R3 D9 S, F: c; N+ D
& @: c% \5 M. G! P/ ~5 L$ @% 去除异常值
* |4 w- P: i4 l0 T4 Fdata = data(abs(data) < 10);) q$ p8 O a; l# _
4 Z! O5 d2 L7 [! v! S% 平滑处理: ~( `4 c _' v/ @
data = smooth(data, 10);, m) ~* p! v7 |( S5 `
4 u) H; u9 {( ?- P" \3 k
% 计算波浪谱0 d0 R* U+ k: H4 G6 b9 @, b. p* J
[psd, f] = pwelch(data, [], [], 'power');& d) f3 G. M- `$ T: }
! g7 `; r8 s, \+ ]/ y% 计算波峰频谱( y) a7 v+ c1 q" J& q3 h( \
peak_psd = max(psd);
6 o8 S( K. V/ j: q( R' wpeak_f = f(psd == peak_psd);& m$ z# l# A$ Q) {
) Q, v) X" I! a0 \3 \, I% B# f3 U& F% 计算波谷频谱
% P. {/ ]7 j, d u: d5 etrough_psd = min(psd);
/ S) E4 c3 N$ q0 ], C* T: htrough_f = f(psd == trough_psd);
% N1 ^, h% E6 [& q
/ `# I; P1 P6 E5 b! h% 计算能量谱
) B+ {. T s, B/ i' Z9 Aenergy_psd = sum(psd);: P: f! G0 m7 i7 ?
: J* x& I1 ]# ]) B# [$ _+ J
% 分析海浪谱, H6 O; h$ G% j. `8 p T3 L
% ...
9 E: ]( f: b9 S% X/ y. p7 C- ?0 [! N! a. e7 [
% 绘图# G( _# g/ K$ ]% t) u( I9 L
plot(f, psd);0 b7 G. K5 s5 z- i- H
xlabel('Frequency (Hz)');
! l6 j2 ]4 `$ J; Uylabel('Power Spectral Density (m^2/Hz)');
" L, {' P5 K1 y
/ {; `1 {6 J2 M$ A) p. P% 保存结果
8 \8 ^* L8 i$ `save('wave_spectrum.mat', 'psd', 'f', 'peak_psd', 'peak_f', 'trough_psd', 'trough_f', 'energy_psd');
) c: R0 b" d$ t) K: b& i1 Q& o2 k0 g+ \请谨慎使用代码。
4 B( l8 S$ K6 n3 Q# {& }4 \6 ]注意事项:
/ |+ H- B1 r; A5 R& }& W! E' Q2 T, {* X" w
采样频率要足够高,才能准确地计算海浪谱。7 Q0 K Z4 W7 g" \6 n! {
数据长度要足够长,才能得到稳定的海浪谱。8 `6 g, ]* p% _5 A& S/ h4 m6 S
需要根据具体的应用场景选择合适的波浪谱分析方法。
* j" F$ ~9 J5 U) D' i. i: c参考资料:" z0 l1 o. {( @4 O4 E3 ?
8 G& e& w( L* i( s7 P# GMATLAB Wavelet Toolbox: www.52ocean.cn
; s Z1 G3 ~8 m! V1 w5 dOcean Wave Spectra: https://wikiwaves.org/Ocean-Wave_Spectra
{8 ?7 l$ `$ A6 L5 t: H1 h' j改进:
# O8 v! @- ~5 |, q/ k6 l- x: }2 T9 ]* i# {( ]5 [' T
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。
- v$ V1 g% _& B, e, u2 S& j增加对波峰频谱、波谷频谱、能量谱的计算和分析。 |