使用 MATLAB 处理浪高仪波面变化数据得到海浪谱
0 {, k& Z: g! W' m2 }5 m步骤:
/ l( [2 O3 ~5 d
) L% B7 O- Q. g8 h7 q% `数据预处理
' k7 Z/ n8 l+ D" g% A- _3 K' B# ?* v. ^& y
读取浪高仪测得的波面变化数据。& Y) s2 `3 g" s3 a8 p" Y$ R
去除数据中的异常值。
]* b+ {8 q. Y# M0 U, I对数据进行平滑处理。
/ o6 \# b" ]2 A1 }7 m5 h8 c计算波浪谱. S+ B# \7 B: ^4 y; b
. O5 n$ a/ \5 y8 {
使用 Welch 方法将波面变化数据转换为频域。
9 g, p* r- C4 q0 o6 p' R. F计算波浪谱的各个分量,如波峰频谱、波谷频谱、能量谱等。# x5 }' i# x% ?2 m! @( M$ |; [* j
分析海浪谱
# S4 p: A& G" B* X8 A; A1 U" p+ K3 N0 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。
. C; P- b8 J' Y$ \& Q& G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:& h$ W' f( |2 y4 v
" {7 _ Z* F$ T7 d8 r) A; _& C
Matlab- J9 o3 F( d* C! `
% 读取数据) M, a; g4 O: e/ A
data = load('wave_data.mat');
( V; N: D/ ]5 b1 h- @" S# D. a& R7 I7 E
% 去除异常值2 Q6 d1 ^, |% g& b
data = data(abs(data) < 10);7 c1 N b- {: {- q9 u& b1 A
5 M' b; N1 H* {; L% 平滑处理 y' U2 k: \+ v
data = smooth(data, 10);
6 y/ t S$ h2 V# }: d2 G' C' Q7 [, w' |2 `4 H0 [4 E. X6 C" _- O
% 计算波浪谱) ^0 x/ D: p8 i1 h3 I
[psd, f] = pwelch(data, [], [], 'power');0 x: x& c1 U- k- `; ?2 ]2 ^
; V9 F& T! L7 {: b+ J/ S Z% 计算波峰频谱: f2 _* T2 S4 _1 ~9 B6 I! G! V
peak_psd = max(psd);! w/ `, g% _, j, c3 R, H% s
peak_f = f(psd == peak_psd);, Z& m7 O5 J9 [$ Z% R
: ~! T0 u! W7 V* T- a0 V0 Z$ P0 N% 计算波谷频谱" m- `; i8 e$ i2 U w u
trough_psd = min(psd);
1 z$ Z& Z( j$ x6 A- r1 btrough_f = f(psd == trough_psd);
/ J: x9 q H: Y) d
4 K6 p& A8 G& @7 n" U D0 r% 计算能量谱
( x6 Y5 s4 [* }1 B0 ]/ H9 r4 ~energy_psd = sum(psd);
, q# }- a8 l! m R: L- g' d9 Y- h' [) z
% 分析海浪谱
3 w3 j+ U9 W9 j% Q' h% T% ...
. y5 r& A8 i; I) x5 Y* ^; |4 B0 E5 k" y3 I
% 绘图
; y8 C3 J/ z8 m5 u7 a( ~0 R8 {plot(f, psd);* o# v8 e6 w4 y% K" }3 s& z
xlabel('Frequency (Hz)');. K) j4 {1 A! E1 p
ylabel('Power Spectral Density (m^2/Hz)');
) d4 n9 [# ?0 x' k
3 G( l% ~) @# x+ r/ P( E4 w5 T% 保存结果
`' o7 R5 p5 O; {3 Usave('wave_spectrum.mat', 'psd', 'f', 'peak_psd', 'peak_f', 'trough_psd', 'trough_f', 'energy_psd');* d3 u! z# z$ i. ?2 L1 ^4 q" W* [
请谨慎使用代码。1 Y8 O. Z+ {9 c
注意事项:
5 D% S+ X5 w1 Y; w+ E5 a# b
# [' A; y% ] X( @7 ` ?0 T采样频率要足够高,才能准确地计算海浪谱。
3 Y! r7 A) j, k' x* @8 y8 u数据长度要足够长,才能得到稳定的海浪谱。% A: z& }1 b9 c
需要根据具体的应用场景选择合适的波浪谱分析方法。. x. D1 q3 y4 b* a; n9 A$ E% p( f2 \
参考资料:
0 [* T- o* x& [. [ R/ P1 }4 T. f- R( k
MATLAB Wavelet Toolbox: www.52ocean.cn% @' s- g: e* z
Ocean Wave Spectra: https://wikiwaves.org/Ocean-Wave_Spectra% ~0 _$ ? i& D
改进:, z, u; [" q+ u, Q4 P% L7 r$ D* n
, ^" P1 [: U' J; P, 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。
( |! I8 V; e! q K& E+ s7 u增加对波峰频谱、波谷频谱、能量谱的计算和分析。 |