[发明专利]一种基于非线性动力学特征的内波监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于非线性动力学特征的内波监测系统及方法，包括压力数据获取及传输模块：利用压力传感器获取海浪压力数据，并将其传输至工作平台；数据分析与处理模块：运用高通滤波器滤除数据中含有的潮位信息，得到仅含海浪压力场信息的时间序列，利用滑动窗截取时间序列，并使用非线性动力学特征参数关联维D₂定量地刻画其复杂程度；内波判别模块：当D₂随嵌入维增大不收敛时，不符合内波非线性动力学特征，判断内波未出现；当D₂随嵌入维增大收敛到稳定值时，符合内波非线性动力学特征，系统判断内波到来。本发明方案的方法简单，内波判断准确有效，尤其是能够避免弱能量内波的漏判。

技术领域

本发明涉及海洋监测领域，具体涉及一种基于海浪压力信号非线性动力学特征的海洋内波监测系统及方法。

背景技术

海洋内波是发生于层化海洋内部的一种中小尺度波动现象，对海洋中的质量、动量、能量的传输及全球气候变化起着重要作用；海洋内波在生成、传播及消衰过程中所引起的能量交换对海洋动力学过程有着重要的影响；此外，海洋内波会导致强剪切流，对海上石油开采等海洋工程相关作业的安全具有潜在的威胁。

目前，海洋内波主要通过链式锚系系统和合成孔径雷达(SAR)进行探测：前者基于不同深度的传感器测量的温度、盐度和速度等参量来刻画内波，是内波动力学参数的主要观测手段；后者基于在内波波峰和波谷处分别产生表层流场的幅聚和幅散现象，从而造成海表面粗糙度的改变，在SAR图像中形成明暗相间的条纹结构，是内波动态监测的重要手段。

压力传感器是目前海洋观测系统中布设广泛的成熟设备，利用压力观测网也可获得内波信息。目前，利用压力传感器提取海洋内波信息的方法主要依靠信号时域波形以及频谱特征进行分析提取，这种方法对弱强度内波不能够进行有效判别。

本发明将提出一种基于海浪压力信号非线性动力学特征的内波监测系统及方法克服现有技术存在的问题。

发明内容

为了克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种基于海浪压力信号非线性动力学特征的内波监测系统及方法。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于非线性动力学特征的内波监测系统，包括压力数据获取及传输模块、数据分析与处理模块和内波判别模块；所述压力数据获取及传输模块，用来实现压力的数据采集与传输；所述数据分析与处理模块，将压力数据获取及传输模块传输至工作平台的数据进行潮位滤除及非线性动力学特征分析；所述内波判别模块，根据数据分析与处理模块的分析结果，判别内波是否到来。

进一步的，所述数据分析与处理模块中，通过置于海水中一定深度的压力传感器记录海浪压力数据，再利用实时数据传输或历时数据传输两种方式传到工作平台。

进一步的，所述数据分析与处理模块中，利用高通数字滤波器进行滤波。

进一步的，所述数据分析与处理模块中，非线性动力学分析方法使用关联维D₂，所述关联维D₂能定量地刻画重构相空间的复杂程度。

进一步的，所述内波判别模块依据关联维D₂异常变化提示内波到来。

进一步的，内波经过时，海浪压力信号时间序列的关联维D₂随嵌入维数的增加将收敛为一个较低的稳定值。

基于非线性动力学特征的内波监测系统的方法，包括如下步骤：

步骤一)：压力数据获取及传输模块中，利用潮波仪中的压力传感器记录水压数据，数据传输通过卫星实时数据传输或者历时数据集中传输方式传至工作平台；