使用 MATLAB 处理浪高仪波面变化数据得到海浪谱
& {" t( f# L( @' ~, t* |9 _步骤:6 n0 m) s) X' c& K% K
% k* j- @ |/ I1 o4 b( o9 _
数据预处理8 _! w$ @4 @; V- N
9 E! C7 X$ u7 E' J& N2 n6 ?读取浪高仪测得的波面变化数据。7 J4 r' t% ]8 S3 L6 q/ b
去除数据中的异常值。
2 s4 s- y2 N' p! L+ m j/ v对数据进行平滑处理。
# ~8 b! s+ T) E& G3 {计算波浪谱" Z0 u3 K/ A( z4 f
0 n& O# ^) K# R. M
使用 Welch 方法将波面变化数据转换为频域。
/ M# f; L" s3 t3 p计算波浪谱的各个分量,如波峰频谱、波谷频谱、能量谱等。
9 [. p: g% S U分析海浪谱
' v2 ] z; A( x8 E8 P& b( s! e. C+ @2 b
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。5 X- T$ q* I/ X" K# F
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:) o- Q" A2 c a, @
5 Z: D9 a2 ^8 ] [! y8 T* EMatlab
1 B( }) Z) |, m( x* |% 读取数据5 C/ q8 m( O0 X, g u+ _3 E: i
data = load('wave_data.mat');
7 M$ F9 Y- Y9 q, P, \# J
/ x; @9 b- M' W% b7 S% 去除异常值
. M* t" {5 l8 J4 U; ?) sdata = data(abs(data) < 10);+ a/ A8 ]4 J3 V2 \- z
6 D7 _9 P3 v+ Z9 |, t% 平滑处理
7 D+ b+ }8 B% b }/ ]2 Sdata = smooth(data, 10);
7 g& t& u' z3 |) [% c/ X4 d' e# ?( f' Y- b1 [
% 计算波浪谱% v. t/ u# B. @( v) F6 x
[psd, f] = pwelch(data, [], [], 'power');
% [, G" I5 {7 ]$ m8 A. m7 }6 r! X5 j# |, _- x& a# D
% 计算波峰频谱/ P' { i% V/ d- A& I
peak_psd = max(psd);
3 h b- B4 O1 o* ~# K0 Epeak_f = f(psd == peak_psd);
# m0 R" R2 \! K6 ]4 z) _1 G1 o/ _" N3 A5 U1 K
% 计算波谷频谱
1 `9 G' i; t9 k0 ptrough_psd = min(psd);
) K% ~$ p; G- s4 e' K/ l* Ktrough_f = f(psd == trough_psd);
( h2 f3 K( j7 v7 S* N( N7 k ]( }$ v) T) x
% 计算能量谱
* f' Z+ e' Z3 T1 Benergy_psd = sum(psd);7 S3 n4 d& G# f A
; W' j; K* ?+ i5 |
% 分析海浪谱
1 A2 x! i& c# C2 P8 c% .... |) V3 m7 c' Y5 W
" _5 q, G, r1 I4 b5 g4 Y% 绘图, r7 v: u& b' ]# g# [! P9 E
plot(f, psd);
# D$ Q5 `$ ^! u9 Z7 D) c oxlabel('Frequency (Hz)');* w& B0 ?2 u. s
ylabel('Power Spectral Density (m^2/Hz)');
- I$ t S# _" V$ ]- a# I/ N3 b$ p. m8 Y+ D0 u) ^! w4 Q, \
% 保存结果9 K5 d, q" [. b A' z: N7 z- l
save('wave_spectrum.mat', 'psd', 'f', 'peak_psd', 'peak_f', 'trough_psd', 'trough_f', 'energy_psd');
- m/ K2 d& A) L; R8 @, |请谨慎使用代码。
9 ]( N/ E4 G8 d U& P' C注意事项:
/ D* W/ X) B V; b& T Z+ p- I: \+ }7 h7 n! R# K7 q. E& }: ?+ Z7 r
采样频率要足够高,才能准确地计算海浪谱。
" K" b; B, V' ~$ l) m. I3 t数据长度要足够长,才能得到稳定的海浪谱。6 u$ H$ T5 t$ G/ j- {1 s& \. }
需要根据具体的应用场景选择合适的波浪谱分析方法。
* G7 F. m1 g7 R( Q# t* {参考资料:* r3 e; R/ J. T, U& G
9 g1 p6 ], D7 n; n# ]# U
MATLAB Wavelet Toolbox: www.52ocean.cn
+ a a y5 z7 R6 m; U8 oOcean Wave Spectra: https://wikiwaves.org/Ocean-Wave_Spectra7 R3 S8 z! C& X7 Z' ?' x
改进:5 n% d7 ~9 d# T! `4 T
5 N9 p2 q+ K3 W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。
# i9 K# a+ U% `: E6 V7 ]% C4 B增加对波峰频谱、波谷频谱、能量谱的计算和分析。 |