一种波浪周期的测量方法、装置以及设备与流程

本发明涉及海洋监测，尤其涉及一种波浪周期的测量方法、装置以及设备。

背景技术：

1、在海洋水文观测中，海浪的观测十分重要，尤其是在航海、造船、军事、海洋工程、灾害监测预警等领域，都需要获取高精度的实时海浪资料的，波高和波周期是海浪的重要表征参数。目前，国内的测波设备大多数采用加速度传感器来测量波高、周期，最具代表性的产品以荷兰的波浪骑士(waverider)和加拿大的triaxys定向波浮标(triaxysdirectional wave buoy)为主，两者均采用加速度原理测波，所测量的波高、周期精度较高，已达到世界领先水平。但利用加速度测量的波高、波周期本身易受到滤波算法、安装方式的影响，尤其在复杂海况中噪声频率不断发生变化的情况，通过上述所测量波周期等会和实际值产生较大偏差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种波浪周期的测量方法、装置以及设备，旨在解决现有技术对于加速度测波的方法存在局限性以及测量精度低等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种波浪周期的测量方法，所述方法包括：

3、利用加速度传感器采集波浪的时域加速度信号，并将所述时域加速度信号转换为频域加速度信号；

4、通过带通滤波算法对所述频域加速度信号中的噪声进行滤除，得到波浪的有效频域加速度信号；

5、根据预设自修正滤波对所述有效频域加速度信号进行处理，得到位移数据；

6、根据所述位移数据，通过上跨零点法进行有效波数的统计，确定波浪的有效波周期。

7、优选的，所述利用加速度传感器采集波浪的时域加速度信号，并将所述时域加速度信号转换为频域加速度信号，包括：

8、利用九轴加速度传感器采集波浪z轴方向的所述时域加速度信号；

9、通过快速傅里叶变换将所述时域加速度信号转换为频域加速度信号。

10、优选的，所述通过带通滤波算法对所述频域加速度信号中的噪声进行滤除，得到波浪的有效频域加速度信号，包括：

11、利用对所述频域加速度信号中的噪声进行滤除，其中，y(k)表示加速度信号的离散傅里叶变换，h(k)为滤波器函数，fd表示带通滤波的下限截止频率，fu表示带通滤波的上限截止频率，n表示采集长度，δf表示频率分辨率。

12、优选的，所述根据预设自修正滤波对所述有效频域加速度信号进行处理，得到位移数据，包括：

13、根据预设自修正滤波确定滤波器的截止频率，根据所述截止频率对所述有效频域加速度信号进行二次积分运算，得到所述位移数据，其中，所述截止频率基于实际的波浪频率区间进行调整。

14、优选的，所述截止频率包括上限截止频率以及下限截止频率；所述根据预设自修正滤波确定滤波器的截止频率，包括：

15、基于频率谱分析波浪的运动频率，确定频率谱中幅值最大处的频率点，根据所述频率点以及利用预设公式fd＝δf*(amp_index-1)-α计算所述下限截止频率，其中，δf＝fs/n，fs为采样频率，n为采样点个数，fd表示带通滤波的下限截止频率，δf表示频率分辨率，amp_index表示频率谱峰值最大处的下标，α为修正系数、默认取0.0001。

16、优选的，所述根据所述截止频率对所述有效频域加速度信号进行二次积分运算，得到所述位移数据，包括：

17、根据所述截止频率，在频域内对所述有效频域加速度信号进行傅里叶变换，得到加速度信号；

18、对所述加速度信号进行积分运算，得到速度信号；

19、对所述速度信号进行进行积分运算，得到位移信号；

20、对所述位移信号进行傅里叶逆变换，得到时域内的所述位移数据。

21、优选的，所述根据所述位移数据，通过上跨零点法进行有效波数的统计，确定波浪的有效波周期，包括：

22、根据是上跨零点法就计算所述位移数据的平均值，确定水位零点；

23、利用(y(m)<＝0)&(y(m)*y(m+1)<0)以及根据所述水位零点统计所述有效波数；

24、利用确定所述有效波周期，其中，n表示有效波数，t1/3表示有效波周期。

25、为实现上述目的，本发明还提供一种波浪周期的测量装置，所述装置包括：

26、采集单元，用于利用加速度传感器采集波浪的时域加速度信号，并将所述时域加速度信号转换为频域加速度信号；

27、滤除单元，用于通过带通滤波算法对所述频域加速度信号中的噪声进行滤除，得到波浪的有效频域加速度信号；

28、处理单元，用于根据预设自修正滤波对所述有效频域加速度信号进行处理，得到位移数据；

29、计算单元，用于根据所述位移数据，通过上跨零点法进行有效波数的统计，确定波浪的有效波周期。

30、为了实现上述目的，本发明还提出一种设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行以实现如上述实施例所述的一种波浪周期的测量方法的步骤。

31、为了实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如上述实施例所述的一种波浪周期的测量方法的步骤。

32、有益效果：

33、以上方案，利用加速度传感器采集波浪的时域加速度信号，并转换为频域加速度信号，通过带通滤波算法对频域加速度信号中的噪声进行滤除，得到波浪的有效频域加速度信号，根据预设自修正滤波对有效频域加速度信号进行处理，得到位移数据，根据位移数据，通过上跨零点法进行有效波数的统计，确定波浪的有效波周期，能够提高波浪周期的测量精度，可靠性较高。

34、以上方案，通过分析波浪的运动频率，确定频率谱中幅值最大处的频率点，根据频率点以及预设公式自动调整下限截止频率的取值，相较于其他滤波手段，该方式不仅具有修正输入信号改变的特性，还具有更强的滤波性能，该方式可以不用获得任何有关信号和噪声的情况，只需根据上一时刻的滤波器参数来自修正调节下一时刻的滤波器参数，能够修正复杂海况上噪声的频率分布不断发生变化的情况，从而实现加速度信号的最优滤波。

技术特征：

1.一种波浪周期的测量方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种波浪周期的测量方法，其特征在于，所述利用加速度传感器采集波浪的时域加速度信号，并将所述时域加速度信号转换为频域加速度信号，包括：

3.根据权利要求1所述的一种波浪周期的测量方法，其特征在于，所述通过带通滤波算法对所述频域加速度信号中的噪声进行滤除，得到波浪的有效频域加速度信号，包括：

4.根据权利要求1所述的一种波浪周期的测量方法，其特征在于，所述根据预设自修正滤波对所述有效频域加速度信号进行处理，得到位移数据，包括：

5.根据权利要求4所述的一种波浪周期的测量方法，其特征在于，所述截止频率包括上限截止频率以及下限截止频率；所述根据预设自修正滤波确定滤波器的截止频率，包括：

6.根据权利要求4所述的一种波浪周期的测量方法，其特征在于，所述根据所述截止频率对所述有效频域加速度信号进行二次积分运算，得到所述位移数据，包括：

7.根据权利要求1所述的一种波浪周期的测量方法，其特征在于，所述根据所述位移数据，通过上跨零点法进行有效波数的统计，确定波浪的有效波周期，包括：

8.一种波浪周期的测量装置，其特征在于，所述装置包括：

9.一种设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行以实现如权利要求1至7任意一项所述的一种波浪周期的测量方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1至7任意一项所述的一种波浪周期的测量方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种波浪周期的测量方法、装置及设备，其包括：利用加速度传感器采集波浪的时域加速度信号，并将所述时域加速度信号转换为频域加速度信号；通过带通滤波算法对所述频域加速度信号中的噪声进行滤除，得到波浪的有效频域加速度信号；根据预设自修正滤波对所述有效频域加速度信号进行处理，得到位移数据；根据所述位移数据，通过上跨零点法进行有效波数的统计，确定波浪的有效波周期。能够提高波浪周期的测量精度以及可靠性。

技术研发人员：卢志勇,孙小东,华楷,陶简,庄海东,刘晓东,刘双印
受保护的技术使用者：厦门蓝海天信息技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12