根据船载卫星导航信息估算局部波浪特征方法研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

背景

波浪是制约船舶运动的首要因素。海浪是海水的波动现象。通常所说海浪，是指海洋中由风产生的波浪。包括风浪、涌浪和近岸波。广义上的海浪，还包括天体引力、海底地震、火山爆发、塌陷滑坡、大气压力变化和海水密度分布不均等外力和内力作用下，形成的海啸、风暴潮和海洋内波等，它们都会引起海水的巨大波动^【1】。

船舶在波浪的作用下，通过船重心的x﹑y﹑z轴作直线和回转运动，产生横摇、纵摇和垂荡。船舶的摇荡运动，是波浪的强迫摇荡和船舶本身固有的摇荡相结合的复合运动。这种摇荡运动由于受到水的阻尼而逐渐衰减。摇荡的强度取决于波面角的陡度﹑波浪的周期﹑船舶本身的摇荡周期与船舶尺度和波长的比例关系。海浪对航行的影响，主要是威胁船舶的安全，大大降低船速。同时也会影响到船员的生活和工作^【2】。

2. 研究的基本内容与方案

我们采取速度积分^【15】的方法,其方法系将卫星速度与位置数据输入算法中进行计算,以便自gps讯号中去除卫星运动的因素,然而由于卫星速度数据难以实时取得,仅能进行事后追算,同时,上述计算过程中常出现低频噪声问题。为克服这些缺点,依据海洋波浪的频率特性,应用数据分析技巧,尝试发展一个方法,自gps输出之浮标运动讯号中直接分离出波浪运动讯号,推求波浪位移变化,进而计算波浪的高度、周期与波谱等波浪特性。

首先由gps速度计算水位谱gps。对于速度的量测分为平均速度与瞬时速度,平均速度是量测位移对时间之一次微分求得,一般应用在速度变化不剧烈之物体,如汽车与飞机。瞬时速度是根据都卜勒效应来决定gps接收器的速度大小和方向。当卫星与接收器之间有相对速度时,电磁波之频率产生偏移,由gps接收器可以计算出频率的偏移量。若卫星速度可得知,则可以计算出接收器的瞬间速度,亦即波浪的表面运动速度。然而卫星的速度信息不易实时获得,只能事后计算,使得这种gps测波方法无法满足实时观测的需求,试图从频谱的方法来处理此问题。卫星为等速运动的物体,与波浪在水气交界面上呈周期性运动的特性明显不同,若将卜勒频率偏移时序列作频谱转换,在频率域上,二者的能量范围是完全分开的,运用高通滤波的技巧可在频谱上滤除卫星运动的低频能量,从而获得波浪的信息^【16-17】。

其次要获得波向信息,必须计算方向波谱。随机波浪假设是由无限多个不同振幅、频率、相位及波向的成分波所迭加而成,方向波谱是描述这些成分波的能量分布它是方向和频率的函数,若将方向波谱对频率轴积分,则可以获得方向分布函数,可以了解成分波是由哪些方向传来;若将方向波谱对方向积分,则可以获得频率谱,也就是一维频谱。有限傅立叶级数法具有计算快速、不易发散等优点,为目前最常被应用之方向波谱计算方法^【18-19】。

3. 研究计划与安排

3月6号前，完成学生论文选题志愿双向选择工作；

3月31号前，学生完成开题报告，指导教师对开题报告进行审核；

5月25号前，开题完成后，学生根据实际进度定期向指导老师提交阶段性成果，指导教师对论文工作情况进行检查、督促；

4. 参考文献（12篇以上）

1.杨兆俊.海浪与船舶安全[j].天津航海,2012(04):3-5.

2.王石岩.海浪与船舶安全[j].航海技术,2006(05):11-14

3.周红进,李方能,黄谦,李伟,兰国辉.基于船载北斗导航仪测量波浪参数方法研究[j].舰船科学技术,2019,41(15):131-134.