【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种海浪波高监测方法，具体涉及一种基于海底光纤分布式声学传感的海浪波高监测方法。
技术介绍
1、海浪能作为一种新型清洁能源有很高的利用价值。通过实际的工程技术对波浪能进行开采之前，需要对开发区域的海浪进行专业的观测与统计，获得波高等相关的海浪要素的信息。此外，在台风、风暴潮等极端天气条件下的海浪也可能对港口、海上平台以及沿海建筑物造成严重破坏，因此极端海况下海浪的监测和预报是防灾减灾的必要举措。
2、目前海浪波高监测主要采用传统的浮标观测和走航观测两种方法。目前海洋浮标数量稀少，难以覆盖广阔的海面，并且浮标在极端海况下易损坏、长期维护成本高；而走航观测也存在无法长期连续观测、极端天气下危险性高、费用昂贵等问题。因此，亟待新的海浪波高监测方法，对传统方法进行必要的补充和相互验证。
3、通过海底光纤das(distributed acoustic sensing)记录声信号监测波高是一种可行的新方法。随着海上供电、发电和通讯等行业的发展，海底光缆电缆数量越来越多、分布越来越广。如果能够利用这些密布的海缆进行海浪监测，则既经济又能满足长期、连续、大范围的监测需求。近年来，海底光纤das被广泛应用于海洋领域，科学家已经证实海底光纤das对船舶噪声、海浪、海流具有实时观测的潜力，但是关于海底光纤das记录声信号与海浪波高关系的研究发展缓慢，仅停留在定性分析阶段，从海底光纤das记录声信号出发对海浪波高进行定量监测的研究仍未见公开报道。
技术实现思路
1、
2、本专利技术采用的技术方案是：
3、本专利技术的基于海底光纤分布式声学传感的海浪波高监测方法，包括：
4、步骤1) 通过海底光纤接收自身上方的海表海浪在海底产生的与海表海浪的波浪频率一致且振幅正比的压力扰动声信号并产生后向瑞利散射光信号；通过海底光纤上方海表的浮标获取海表海浪的实测波高数据。
5、步骤2) 海底光纤将后向瑞利散射光信号传输至与自身连接的岸基端的分布式声学传感解调器das中进行解调，解调后获得解调声信号。
6、步骤3) 分布式声学传感解调器das将解调声信号传输至安装有信号分析模块的计算机设备中进行预处理后获得时频幅度谱。
7、步骤4) 建立海浪波高监测模型，将时频幅度谱和海表海浪的实测波高数据输入海浪波高监测模型中，海浪波高监测模型输出海底光纤上方的海表海浪的波高，实现高时空分辨率的海浪波高监测。
8、所述的步骤1)中，根据海底光纤的路由，将海底光纤沿自身的长度方向均匀划分为m个等长的光纤传感单元，每个光纤传感单元在接收到压力扰动声信号时均产生一次后向瑞利散射光信号。
9、海底光纤可以是已有海底电缆、海底光缆或海底管线的内置或外置光纤，也可以是专门提前铺设的海底光纤。海底光纤的路由、埋深以及所处水深均预先已知。海底光纤铺设在海底，连接岸基端的分布式声学传感解调器das。
10、所述的步骤2)中，将m个光纤传感单元产生的后向瑞利散射光信号传输至分布式声学传感解调器das中进行解调后获得m个解调声信号，每个光纤传感单元的解调声信号被划分为若干预设时长 t的单位解调声信号并输入计算机设备的信号分析模块中。
11、所述的步骤3)中，针对每个光纤传感单元的每个单位解调声信号，根据海浪典型频带将单位解调声信号进行带通滤波，然后通过短时傅里叶变换转换为时频幅度谱。
12、所述的步骤4)中，海浪波高监测模型安装在信号分析模块中，海浪波高监测模型如下：
13、 h( τ, f )= α((△ f 1/2cos h(2π kh))/ ρg) a( τ, f )
14、 minl=∑ t τ=1( h'( τ, f )- h( τ, f ))2
15、其中， h( τ, f )为在单位时间 τ和海浪频率 f下的海表海浪的监测波高； α为监测模型待定系数；△ f为频率分辨率；cos h(2π kh)为在海浪波数 k和光纤传感单元所在的水深 h下的压力传递函数； ρ为海水密度； g为重力加速度； a( τ, f )为在单位时间 τ和海浪频率 f下的光纤传感单元的时频幅度谱； l为残差函数； h'( τ, f )为在单位时间 τ和海浪频率 f下的浮标获取的海表海浪的实测波高。
16、将浮标获取的海表海浪的实测波高h'( τ, f )和光纤传感单元的时频幅度谱 a( τ, f )输入残差函数 l中，残差函数 l拟合最终的监测模型待定系数 α并用于海浪波高监测模型。
17、所述的光纤传感单元的时频幅度谱 a( τ, f )如下：
18、 a( τ, f )=| s( 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于海底光纤分布式声学传感的海浪波高监测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于海底光纤分布式声学传感的海浪波高监测方法，其特征在于：所述的步骤1)中，根据海底光纤的路由，将海底光纤沿自身的长度方向均匀划分为M个等长的光纤传感单元，每个光纤传感单元在接收到压力扰动声信号时均产生一次后向瑞利散射光信号。
3.根据权利要求2所述的基于海底光纤分布式声学传感的海浪波高监测方法，其特征在于：所述的步骤2)中，将M个光纤传感单元产生的后向瑞利散射光信号传输至分布式声学传感解调器DAS中进行解调后获得M个解调声信号，每个光纤传感单元的解调声信号被划分为若干预设时长t的单位解调声信号并输入计算机设备的信号分析模块中。
4.根据权利要求3所述的基于海底光纤分布式声学传感的海浪波高监测方法，其特征在于：所述的步骤3)中，针对每个光纤传感单元的每个单位解调声信号，根据海浪频带将单位解调声信号进行带通滤波，然后通过短时傅里叶变换转换为时频幅度谱。
5.根据权利要求1所述的基于海底光纤分布式声学传感的海浪波高监测方法，其特征在于：所述
6.根据权利要求5所述的基于海底光纤分布式声学传感的海浪波高监测方法，其特征在于：所述的光纤传感单元的时频幅度谱A(τ,f )如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于海底光纤分布式声学传感的海浪波高监测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于海底光纤分布式声学传感的海浪波高监测方法，其特征在于：所述的步骤1)中，根据海底光纤的路由，将海底光纤沿自身的长度方向均匀划分为m个等长的光纤传感单元，每个光纤传感单元在接收到压力扰动声信号时均产生一次后向瑞利散射光信号。
3.根据权利要求2所述的基于海底光纤分布式声学传感的海浪波高监测方法，其特征在于：所述的步骤2)中，将m个光纤传感单元产生的后向瑞利散射光信号传输至分布式声学传感解调器das中进行解调后获得m个解调声信号，每个光纤传感单元的解调声信号被划分为若干预设时长t的...
【专利技术属性】
技术研发人员：林建民，徐晨淞，方孙珂，司昊杰，孟宪凯，华黄鑫，马东方，唐群署，陈家旺，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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