[发明专利]基于惯性测量的海浪谱计算方法

权利要求书

1.一种基于惯性测量的海浪谱计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取预设时间内的N组水平系加速度，N≥2；

对所述水平系的X轴和Y轴加速度进行矢量分解，得到地理坐标系正东方向和正北方向的加速度分量，分别定义为东方向加速度A_E以及北方向加速度A_N；

对所述水平系的Z轴加速度进行2次频域数值积分得到水平系垂直位移序列D_Z，计算所述水平系垂直位移序列D_Z的自交谱，得到序列C₁₁；

计算所述水平系垂直位移序列D_Z与所述东方向加速度A_E的正交谱，得到序列Q₁₂；

计算所述水平系垂直位移序列D_Z与所述北方向加速度A_N的正交谱，得到序列Q₁₃；

计算所述东方向加速度A_E的自交谱，得到序列C₂₂；

计算所述北方向加速度A_N的自交谱，得到序列C₃₃；

计算所述东方向加速度A_E和所述北方向加速度A_N的协交谱，得到序列C23；

根据序列C₁₁、Q₁₂、Q₁₃、C₂₂、C₃₃和C₂₃计算方向谱S(f,θ)的傅里叶分解的前M个系数，M≥2，将M个所述系数合成所述方向谱S(f,θ)，并对所述方向谱S(f,θ)进行平滑。

2.如权利要求1所述的基于惯性测量的海浪谱计算方法，其特征在于，对N组水平系垂直位移序列D_Z进行快速傅氏变换，获取N组实部和虚部，然后求取实部和虚部的平方和并除以采样点数N，得到水平系垂直位移序列D_Z的粗糙功率谱，并对所述粗糙功率谱进行平滑，得到平滑后的功率谱S(f)。

3.如权利要求2所述的基于惯性测量的海浪谱计算方法，其特征在于，计算所述水平系垂直位移序列D_Z的功率谱S(f)的谱峰值频率f_p，得到波浪峰值周期T_p，所述功率谱S(f)自适应调整滤波器带宽为1/(T_p+5)f_p1/(T_p-5)，仅保留主波周期前后K秒范围内的组成波成分，5≤K≤15。

4.如权利要求3所述的基于惯性测量的海浪谱计算方法，其特征在于，按离散积分公式对所述功率谱S(f)进行保留信号频段积分得到波浪零阶矩m₀，求取所述功率谱S(f)的谱特征有效波高

5.如权利要求4所述的基于惯性测量的海浪谱计算方法，其特征在于，按离散积分公式对所述功率谱S(f)进行保留频段积分得到波浪一阶矩m₁，求取所述功率谱S(f)的谱特征平均波周期T_a＝m₀/m₁，其中，S(f_n)表示第n个频率所对应的功率谱s(f)函数值。

6.如权利要求5所述的基于惯性测量的海浪谱计算方法，其特征在于，按公式θ_1n＝arctan(B₁/A₁)，得到波浪平均方向时间序列，计算所述波浪平均方向时间序列的谱峰值频率f_p所对应的角度D_mean＝θ_1n(f_p)，并将D_mean作为波浪峰值频率处所对应的波浪平均方向，其中，B₁和A₁为方向谱的第一阶傅里叶系数。

7.如权利要求6所述的基于惯性测量的海浪谱计算方法，其特征在于，按公式θ_2n＝0.5*arctan(B₂/A₂)，得到波浪主波向时间序列，计算所述波浪主波向时间序列的谱峰值频率f_p所对应的角度D_m＝θ_2n(f_p)，并将D_m作为波浪峰值频率处所对应的波浪主方向，其中B₂和A₂为方向谱的第二阶傅里叶系数。