[发明专利]一种海洋环境下基于模态分析的网箱状态检测方法

权利要求书

1.一种海洋环境下基于模态分析的网箱状态检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据受力平衡状态下的网箱建立网箱振动模型，计算各模态下的理论固有频率，得到每一个模态振型；

2)在网箱网体部分一个或多个点位设置位姿传感器进行采样，采样频率为Fs，获取随时间变化的位置信息(x_i,y_i,z_i,t)，其中x_i,y_i,z_i为第i个传感器接收的三维姿态信息，t为时间；

3)将N个采样点集合成一个帧，两相邻帧之间有一段重叠区域；将每一帧乘以汉明窗，以增加帧前后连续性；

4)对分帧加窗后的各帧信号进行快速傅里叶变换，得到各帧的频谱，对频谱取模平方得到功率谱，即位姿信号在频域上的能量分布；所述的功率谱中各峰值频率由各模态下的真实固有频率与海浪频率组成；根据峰值的频率和大小，对频谱图解耦得到真实固有频率与海浪频率，并进一步得到海浪浪高和方向；

5)将真实固有频率与理论固有频率进行比较，得到偏差值；若偏差值小于等于阈值，则网箱状态正常，根据各频率峰值得到各模态振型在整体振动的占比，将各模态振型乘以对应模态频率的峰值并求和，则得到网箱的整体振动形式；

若偏差值大于阈值，则网箱状态破损，将偏差值最大的采样点位置所在区域作为破损区域；

6)重复步骤2)至步骤5)，实时获取海洋环境下的网箱状态。

2.如权利要求1所述的一种海洋环境下基于模态分析的网箱状态检测方法，其特征在于，所述的一个帧的时间范围为60-80s。

3.如权利要求1所述的一种海洋环境下基于模态分析的网箱状态检测方法，其特征在于，所述的步骤4)具体为：

4.1)将传感器x、y轴方向N个采样点作离散傅里叶变换：

式中，k为频率点，所代表的频率为F(k)＝(k-1)*Fs/N；n为正整数；

4.2)考虑与x轴逆时针成θ角方向上位移信号的功率谱：

U(k,θ)＝(X_i(k)cos(θ)+Y_i(k)sin(θ))²,0≤k≤N

那么海浪的来流方向θ_max使功率谱之和为最大：

进一步通过偏离原位置的方向确定来流方向为θ_max或者θ_max+π；

4.3)功率谱中海浪频率的成分受方向影响最大，故能量衰减最大的频率成分F(k_max)即为海浪频率：

U(k_max,θ_max)-U(k_max,θ_max+π/2)＝max{U(k,θ_max)-U(k,θ_max+π/2)},1≤k≤N/2-1

式中，k_max表示海浪频率点，U(k_max,θ_max)表示该频率点的功率谱；

其余频率峰值则为网箱的真实固有频率；

4.4)根据海浪频率和对应的功率谱即可确定浪高。