使用 MATLAB 处理浪高仪波面变化数据得到海浪谱
5 i+ `( ^0 P( u# v8 A4 y) T步骤:
8 ~/ [+ m# u* }$ S l% x+ R# b! v2 I" w e8 r
数据预处理7 W: e. M3 b; `8 I2 C
6 g) `2 w( m: s4 Q读取浪高仪测得的波面变化数据。. P& l+ Y: X0 G& n( j
去除数据中的异常值。
; _! Y: _: t* c对数据进行平滑处理。+ j/ G8 _8 W1 @; v! j0 k
计算波浪谱3 K% `8 Q Y; [- x+ S# s
5 m" o: d! C" p& s' P1 H& |使用 Welch 方法将波面变化数据转换为频域。4 m% W: B* _# v7 n% W
计算波浪谱的各个分量,如波峰频谱、波谷频谱、能量谱等。7 S8 I' h+ x+ T1 G
分析海浪谱
. U. t4 C# t8 k
/ K, A- \% F( W' J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+ Z5 M5 N' p ~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:
; _! r9 k/ A+ |# s& T" J
' @! k& A. A% W4 f( l6 MMatlab
# @( V( [! i8 h3 ^* S" \% 读取数据
, E% {1 X: ~7 ], J5 |5 `data = load('wave_data.mat');
+ h# ?' t/ \4 J: z- w2 M7 B3 a5 f9 s6 Q4 J( L% o' f
% 去除异常值
2 F" b7 h" j: Ndata = data(abs(data) < 10);9 K n/ T6 M! X6 g
/ t, E3 D. b) {% `3 }! u) k
% 平滑处理
! h D0 b+ Z# c5 o5 [0 E1 Mdata = smooth(data, 10);
" o$ I0 l" t/ r) H1 l/ |! Y8 v: A4 a7 c2 x
% 计算波浪谱
9 z0 L6 |1 o) h7 u+ ~3 } o4 Z7 ][psd, f] = pwelch(data, [], [], 'power');
7 Q" a4 t* Q6 q z/ o
. R5 X& V+ O: b- i% 计算波峰频谱
) ?( o1 `) d" N0 q/ c! U. W& U( u* tpeak_psd = max(psd);
) @2 ` }" r4 d$ j; tpeak_f = f(psd == peak_psd);/ v ^, v( U; u$ Z# B7 W2 \1 x6 [
/ U8 z* x7 B; C9 }% X* {. ]8 D2 Q$ g- N
% 计算波谷频谱
0 A& s* W5 Q& t ?: ?. m) qtrough_psd = min(psd);5 \8 j: k. J+ I: `, t
trough_f = f(psd == trough_psd);
3 G2 P. W5 \, ^- ]& `9 t' @' W3 D7 d+ Q
% 计算能量谱1 P# R1 {9 Y, }
energy_psd = sum(psd);
U& R! n' Y1 J1 P9 v0 F
/ C( p! e3 D5 H+ p+ d) o8 |% 分析海浪谱
# Q' w0 t& t5 y4 n6 b% ...
4 m, F; q% f) U6 F% e8 N- R" q$ X' I; I; s" O* _7 W
% 绘图7 g. q# t0 H# E- F; |1 ?, y/ l
plot(f, psd);
* h' }$ h; o' J, Fxlabel('Frequency (Hz)');" a9 J5 L+ Y2 d: B
ylabel('Power Spectral Density (m^2/Hz)');
( I# t5 V% C0 {4 y* }' q
, S8 u. M6 y' [: h2 y% 保存结果
/ _; s# O X" u9 o2 }" bsave('wave_spectrum.mat', 'psd', 'f', 'peak_psd', 'peak_f', 'trough_psd', 'trough_f', 'energy_psd');0 @( j* {0 P; _3 X' q( S
请谨慎使用代码。
* ] C- \) o- M1 q/ S$ x3 ~3 c注意事项:
( e! X: y/ Z! r9 K6 e- ^2 c" F; C7 S8 C6 t; W" V( \: S% E
采样频率要足够高,才能准确地计算海浪谱。, D# n+ f/ e5 h; R
数据长度要足够长,才能得到稳定的海浪谱。9 T1 ?7 s6 w" v! o& q. I
需要根据具体的应用场景选择合适的波浪谱分析方法。# [( I) h' z# L4 [
参考资料:' I/ [5 @8 W- p7 d& D! X
: ~! H) j' M8 H' r5 G4 qMATLAB Wavelet Toolbox: www.52ocean.cn& s: m. m- \& z# I; l3 O. V# S3 P
Ocean Wave Spectra: https://wikiwaves.org/Ocean-Wave_Spectra: k ^0 I8 l! v$ X7 n3 a0 o9 ^4 ~( E, l
改进:
0 W& D; C# P9 c$ C) v; u# j8 b. A. t8 I; [4 \5 z5 {. r1 x' s
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。/ C( v2 |; {$ Z3 l: J& z- y
增加对波峰频谱、波谷频谱、能量谱的计算和分析。 |