[发明专利]二维海况下基于波群特性的畸形波短期预报方法及应用

权利要求书

1.一种二维海况下基于波群特性的畸形波短期预报方法，其特征在于：

包括如下步骤：

步骤1：获取实时实测海洋波浪序列；

步骤2：基于小波变换方法对波群识别并划分，并计算独立波群的波群特征；

所述步骤2的方法是：对波群识别并划分是根据所对应的小波变换下的小波谱和小波能量过程线把波面解析成一个个独立的波群；由下式实现根据所对应的小波变换WT(s,t)下的小波谱和小波能量过程线把波面解析成一个个独立的波群：

ψ是由母小波ψ₀量纲一化所得结果，其求解公式如下所示：

其中：*号表示复共轭，n′为时间平移量，x_n为波面信息，s为尺度数，t为采用时间，t＝nΔt，Δt为采样间隔，n＝0,1,2,3…N-1，N为信号的长度；

独立波群的瞬时频率由小波变换得到，波群的BFI值由下式计算得到：

ε＝k₀∑A_n

其中：ε为全局波陡，k₀为通过线性色散关系得到的频谱加权频率对应的波数，A_n为傅里叶变换中第n个组成波波幅，f_p为谱峰频率，Δf为半峰谱宽；步骤3：在波群特征中，以独立波群的瞬时频率、波群的BFI值满足一定条件作为发生畸形波的前提条件，再通过模型计算波群的演化，最后判断是否发生畸形波；所述判断方法如下：

步骤1：各个波群特征提取，所述特征至少包括独立波群的瞬时频率、波群的BFI值；

步骤2：判断波群的BFI是否大于阈值A，如果是，跳至步骤3，如果不是，跳至步骤4；

步骤3：求解高阶薛定谔方程计算波面演化，判断是否会出现畸形波，如果是，则提出预警，如果不是，则判断不会发生畸形波；

步骤4：判断波群的瞬时频率是否满足沿时间单调递减，如果是，跳至步骤5，如果不是，则判断不会发生畸形波；

步骤5：通过色散关系和高阶谐波计算波面演化，判断是否会出现畸形波，如果是，则提出预警，如果不是，跳至步骤6；

步骤6：判断波群BFI是否大于阈值B，如果是，跳至步骤3，如果不是，则不会发生畸形波。

2.如权利要求1所述的二维海况下基于波群特性的畸形波短期预报方法，其特征在于：求解高阶薛定谔方程计算波面演化由下式实现：

其中：λ为时间坐标τ的尺度因子，A₀为微幅波的复振幅，φ为速度势，z为空间坐标，i为虚数，η为自由水面高度，h为水深。

3.如权利要求1所述的二维海况下基于波群特性的畸形波短期预报方法，其特征在于：阈值A为1.0；阈值B为0.2。

4.如权利要求3所述的二维海况下基于波群特性的畸形波短期预报方法，其特征在于：BFI阈值选取方法如下：

(1)根据调制不稳定性理论，当BFI值大于1.0时，出现调制不稳定性，故阈值A设为1.0；

(2)设计大量不同BFI值的数值，利用非线性薛定谔方程分别对其进行求解，再根据大量的数值求解结果得出不同BFI阈值下发生畸形波的情况，选取发生畸形波与不发生畸形波的交界线作为阈值B，阈值B设为0.2。

5.如权利要求1所述的二维海况下基于波群特性的畸形波短期预报方法，其特征在于：如果在波面演化中，存在某一波高满足如下条件，则认为发生了畸形波：

(1)波高大于有效波高的2倍；

(2)波高大于其相邻波浪波高的2倍；

(3)波峰高度占总波高的比重不低于65％。

6.一种权利要求1-4任一项所述的二维海况下基于波群特性的畸形波短期预报方法在船舶航行或海洋结构物作业预警中的应用方法。