【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋工程，具体涉及一种基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快速预警方法。
技术介绍
1、深海异常波浪是一种异常的波浪，它可以在没有任何警示的情况下突然出现在海面上，对船舶、海上平台、可再生能源设备和海洋牧场装备等海洋结构物造成破坏性的损伤，甚至对正在作业的海事人员造成严重的伤害。
2、为了实现深海异常波浪的预警，通常在作业海区常年布放浮标和激光雷达等单点测量系统来收集波浪数据，通过统计分析探寻当地异常波生成的规律，然后给出作业的安全窗口期。但是该手段存在明显存在工期较长，精度低下等一系列的问题。随着技术进步，中国专利cn c106990404a公开利用导航x波段雷达反演海面波高的自动定标算法，建立以最小化无因次波高和相对波高之差为目标的函数，求解该函数可以确定波高。但是这种异常波浪的预测缺乏足够的分析处理手段，或者无法有效地剔除噪声信号或提取有用的信息，导致信号分析结果不准确或不稳定；并且也无法通过实时模拟作业海区波浪的演化过程，提前判断指定位置上是否会出现异常波浪。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快速预警方法，实时监测作业区域的海况，提取和处理时域波浪信号，基于含有调制不稳定性的控制方程模拟其时空演化的过程，提前判断异常波生成的可能性。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快速预警方法，包括如下步骤：
4、
5、s2、采用卡尔曼滤波器剔除波浪信号中的噪声信息，运用希尔伯特变换合成输入预警中心处理系统的初始复数波包序列；
6、s3、通过表达形式为空间域的三阶schrodinger方程开展波包序列的时空演化模拟，提取指定位置处的复数波包序列；
7、s4、基于演化的复数波包序列，利用液面高程与波包的关联表达式合成指定位置的自由波面和束缚波面，两者叠加后重构实际波面的时程曲线；
8、s5、分别采用上跨零点法和下跨零点法对整个序列开展分析，计算每一个单波的波高和周期，提取最大高度值 hf和对应的周期 tf；
9、s6、利用数理统计分析的方法，结合波面时程曲线计算该点的有义波高 hs，比较其与最大单波高度 hf的关系，对比预警中心处理系统预设的危险周期t与 tf的差异，判断是否发出异常波生成警报和异常波灾害警报。
10、在其中一些实施例中，所述s1中，浮标测算子系统配有波浪采集分析系统、能量采集系统和无线电通讯系统；浮标测算子系统对采集到的信息进行初步分析之后，通过无线电通讯系统实时传输给预警中心处理系统；预警中心处理系统安装在避免异常波袭击的海洋结构物上，具有较强的数据存储和处理能力，实时预估周围及中心区域的波浪场信息。
11、在其中一些实施例中，所述s1中，八个浮标测算子系统以45°为间隔角，均匀分布在虚线构成的圆环上，其圆心处为异常波的预警中心处理系统的位置；圆环半径 r选为20 lp~40 lp， lp为作业海域不规则波浪的谱峰周期对应的波长。
12、在其中一些实施例中，所述s2中，还包括希尔伯特变换的前置步骤，从波浪信号中提取自由波的能量，删除束缚波的影响：
13、s21、通过频谱分析后，选取其能量集中的频段进行逆傅里叶变换，生成新的时间序列 η0( t)，结合其希尔伯特变换后得到的时间序列 η1( t)，合成初始复数波面序列 η0( t)+i η1( t)， t为时间，i为虚数单位；
14、s22、然后利用复变函数的相位和模长公式分别求得复数波包序列的表达式：
15、(1)
16、(2)
17、其中，为波包的幅值，为波包的初始相位。
18、在其中一些实施例中，所述s3中，空间域的三阶schrodinger方程为：
19、(3)
20、其中，，为载波频率，为载波波数，x为空间坐标；
21、通过对初始复数波包序列施加周期性边界条件后，对公式（3）采用裂解步长的傅里叶算法进行求解，包括如下步骤：
22、s31、对于第三项的三阶非线性项，通过有限差分法在物理空间进行数值积分求解；
23、s32、对于第二项的线性色散项，通过转换到傅里叶空间进行精确解析求解。
24、在其中一些实施例中，所述s4中，液面 η高程与波包 b的关联表达式为：
25、(4)
26、其中，第一项为自由波相互作用生成的波面，第二项为束缚波作用生成的波面，其相位与自由波的相位保持同步变化。
27、在其中一些实施例中，所述s6中，预警中心处理系统还包括异常波生成警报和异常波灾害警报两个逻辑分析模块：
28、s61、异常波生成的判定标准：
29、如果 hf< 2hs，那么无异常波生成；
30、如果 hf> 2hs，那么预警系统提示异常波即将产生，并输出预估高度值 hf；
31、s62、异常波生成后引起灾难性后果的判定标准：
32、如果，则预警系统发出红色灾害预警；
33、如果，则预警系统发出橙色危险预警；
34、如果，则预警系统不发出危险预警。
35、在其中一些实施例中，所述s62中，异常波生成的判定标准还包括同步验证过程，用于验证统计分析过程的准确性，采用谱分析实现同步验证，即有义波高 hs约等于能量谱面积的平方根的四倍。
36、本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
37、(1)本专利技术通过在实际海洋环境中建立的第一个异常波浪信号实时监测及预测分析处理的复合系统，通过设本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快速预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快速预警方法，其特征在于，所述S1中，浮标测算子系统配有波浪采集分析系统、能量采集系统和无线电通讯系统；浮标测算子系统对采集到的信息进行初步分析之后，通过无线电通讯系统实时传输给预警中心处理系统；预警中心处理系统安装在避免异常波袭击的海洋结构物上，具有较强的数据存储和处理能力，实时预估周围及中心区域的波浪场信息。
3.如权利要求1或2所述的基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快速预警方法，其特征在于，所述S1中，八个浮标测算子系统以45°为间隔角，均匀分布在虚线构成的圆环上，其圆心处为异常波的预警中心处理系统的位置；圆环半径R选为20Lp~40Lp，Lp为作业海域不规则波浪的谱峰周期对应的波长。
4.如权利要求3所述的基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快速预警方法，其特征在于，所述S2中，还包括希尔伯特变换的前置步骤，从波浪信号中提取自由波的能量，删除束缚波的影响：
5.如权利要求4所述的基于调制
6.如权利要求5所述的基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快速预警方法，其特征在于，所述S4中，液面η高程与波包B的关联表达式为：
7.如权利要求1所述的基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快速预警方法，其特征在于，所述S6中，预警中心处理系统还包括异常波生成警报和异常波灾害警报两个逻辑分析模块：
8.如权利要求7所述的基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快速预警方法，其特征在于，所述S62中，异常波生成的判定标准还包括同步验证过程，用于验证统计分析过程的准确性，采用谱分析实现同步验证，即有义波高Hs约等于能量谱面积的平方根的四倍。
...【技术特征摘要】
1.一种基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快速预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快速预警方法，其特征在于，所述s1中，浮标测算子系统配有波浪采集分析系统、能量采集系统和无线电通讯系统；浮标测算子系统对采集到的信息进行初步分析之后，通过无线电通讯系统实时传输给预警中心处理系统；预警中心处理系统安装在避免异常波袭击的海洋结构物上，具有较强的数据存储和处理能力，实时预估周围及中心区域的波浪场信息。
3.如权利要求1或2所述的基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快速预警方法，其特征在于，所述s1中，八个浮标测算子系统以45°为间隔角，均匀分布在虚线构成的圆环上，其圆心处为异常波的预警中心处理系统的位置；圆环半径r选为20lp~40lp，lp为作业海域不规则波浪的谱峰周期对应的波长。
4.如权利要求3所述的基于调制不稳定性开发的深海异常波浪快...
【专利技术属性】
技术研发人员：张茴栋，陶山山，王彤，史宏达，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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