【技术实现步骤摘要】
本申请涉及海洋内波信号处理，尤其涉及一种基于时空傅里叶变换的内孤立波方向分解方法、装置及设备。
技术介绍
1、在相关技术中，内孤立波，作为海洋中的重要动力学过程，具有短周期(几分钟至几十分钟)、大振幅(几十至几百米)等强非线性波动特征，并广泛存在于全球各个海域。过去几十年以来，随着海洋数值模型的快速发展，关于内孤立波的生成机制、演变规律、耗散过程、时空分布特征等研究受到国内外科研工作者的广泛关注。然而，真实海洋中内波的生成源地泛多，数值模拟输出的变量(温度扰动、波致流速、海表高度异常等)往往包含不同方向传播的内波信息。
2、无论是线性内潮还是非线性内孤立波，在区域模型中分解入射波和反射波信号，对于阐明其传播过程的物理规律都是必需的。现有方案主要应用于线性内潮分离，包括：拉普拉斯潮汐方程的耦合模型、通过对比有无陆坡地形的敏感性数值实验、在卫星产品中应用二维平面波拟合以及应用希尔伯特变换等。然而，由于内孤立波的强非线性特征，现有方案并不适用于内孤立波，尤其是在多波叠加的复杂情况下，对其物理过程理解并不充分，因此，目前关于多方向内孤立波的准确分离方法仍然十分缺乏，现有技术无法准确的分离内孤立波。
技术实现思路
1、本申请提供了一种基于时空傅里叶变换的内孤立波方向分解方法、装置及设备，充分利用傅里叶变换，通过在频率域和波数域上对内孤立波信号进行过滤，实现多方向内孤立波的分离，能够有效区分波动信号中不同方向传播的成分，无论是向岸传播的内孤立波，还是离岸反射的内孤立波都可以实现准确
2、第一方面，本申请提供了一种基于时空傅里叶变换的内孤立波方向分解方法，包括：
3、获取海洋区域的内孤立波的数值模拟结果；
4、依据所述数值模拟结果对应的参量时间序列进行时间傅里叶变换处理，得到目标频率域信号，所述目标频率域信号包含内孤立波在各个波动分量的目标正频率；
5、根据所述目标频率域信号进行二维空间傅里叶变换处理，得到目标波数域信息，所述目标波数域信息包含特定方向上的内波信息；
6、依据所述目标波数域信息进行逆傅里叶变换，得到在目标方向上传播的目标内孤立波信号。
7、可选的，所述依据所述数值模拟结果对应的参量时间序列进行时间傅里叶变换处理，得到目标频率域信号，包括：
8、根据所述数值模拟结果，提取参量时间序列；
9、根据所述参量时间序列进行时间傅里叶变换和零填充处理，得到内孤立波在各波动分量的频率域信息；
10、根据所述频率域信息进行负频率滤除处理，得到目标频率域信号；
11、其中，所述获取海洋区域的内孤立波的数值模拟结果，包括：通过预设的数值模型进行计算，得到内孤立波信号，以作为数值模拟结果。
12、可选的，所述根据所述目标频率域信号进行二维空间傅里叶变换处理，得到目标波数域信息，包括：
13、基于所述目标频率域信号进行二维空间傅里叶变换，得到波数域数据；
14、获取水平波数比和预设的目标方向，所述目标方向包含角度区间；
15、根据所述水平波数比和所述目标方向，生成滤波函数；
16、基于所述滤波函数对所述波数域数据进行非目标波数滤除，得到特定方向上的目标波数域信息。
17、可选的，所述根据所述参量时间序列进行时间傅里叶变换和零填充处理，得到内孤立波在各波动分量的频率域信息，包括：
18、根据进行时间傅里叶变换，得到内孤立波从时间域转换到频率域的各个波动分量的频率域；
19、通过零填充技术提升所述频率的分辨率，得到所述频率域信息；
20、其中，η(x,y,ω)为参量时间序列，为参量时间序列进行傅里叶变化得到的频率域，ω为各个波动分量的频率。
21、可选的，所述根据所述频率域信息进行负频率滤除处理，得到目标频率域信号，包括：
22、从所述频率域信息中滤除负频率，得到正频率分量；
23、对所述正频率分量进行傅里叶系数相乘，得到目标频率域信号，所述目标频率域信号的波动信号的振幅与原始信号振幅一致。
24、可选的，根据所述水平波数比和所述目标方向，生成滤波函数，包括：
25、根据生成滤波函数；
26、其中，滤波函数ζ(k,l)作为滤波器用于选取目标方向上的波动信号，实现对不同方向传播波动的分离，l/k为波数域上水平波数比值，θ1和θ2为滤波器的方向角截止值，用于确定分解的内孤立波传播方向范围。
27、可选的，所述基于所述滤波函数对所述波数域数据进行非目标波数滤除，得到特定方向上的目标波数域信息，包括：
28、根据将方向性滤波器应用于波数域信号，得到仅包含目标方向上的波动信息，且非目标方向上的波动被滤除；
29、其中，为将目标频率域信号从空间域(x,y)转换为波数域(k,l)后得到的波数域数据。
30、可选的，所述依据所述目标波数域信息进行逆傅里叶变换，得到在目标方向上传播的目标内孤立波信号，包括：
31、根据将波数域中的信号通过逆傅里叶变换返回到时空域，得到内孤立波在特定方向上的时空波动信号，以作为目标内孤立波信号。
32、第二方面，本申请提供了一种基于时空傅里叶变换的内孤立波方向分解装置，包括：
33、数值模拟结果获取模块，用于获取海洋区域的内孤立波的数值模拟结果；
34、时间变换处理模块，用于依据所述数值模拟结果对应的参量时间序列进行时间傅里叶变换处理，得到目标频率域信号，所述目标频率域信号包含内孤立波在各个波动分量的目标正频率；
35、空间变换处理模块，用于根据所述目标频率域信号进行二维空间傅里叶变换处理，得到目标波数域信息，所述目标波数域信息包含特定方向上的内波信息；
36、逆变换处理模块，用于依据所述目标波数域信息进行逆傅里叶变换，得到在目标方向上传播的目标内孤立波信号。
37、第三方面，本申请提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
38、存储器，用于存放计算机程序；
39、处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现如第一方面任一项实施例所述的基于时空傅里叶变换的内孤立波方向分解方法的步骤。
40、综上，本申请实施例通过获取海洋区域的内孤立波的数值模拟结果，依据数值模拟结果对应的参量时间序列进行时间傅里叶变换处理，得到包含内孤立波信号在各个波动分量的目标正频率的目标频率域信号，根据目标频率域信号进行二维空间傅里叶变换处理，得到目标波数域信息，目标波数域信息包含特定方向上的内波信息，依据目标波数域信息进行逆傅里叶变换，得到在目标方向上传播的目标内孤立波信号，本申请利用时空傅里叶滤波器方法，通过在频率域和波数域上对内孤立波信号进行过滤，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于时空傅里叶变换的内孤立波方向分解方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述数值模拟结果对应的参量时间序列进行时间傅里叶变换处理，得到目标频率域信号，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标频率域信号进行二维空间傅里叶变换处理，得到目标波数域信息，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述参量时间序列进行时间傅里叶变换和零填充处理，得到内孤立波在各波动分量的频率域信息，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述频率域信息进行负频率滤除处理，得到目标频率域信号，包括：
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述水平波数比和所述目标方向，生成滤波函数，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述滤波函数对所述波数域数据进行非目标波数滤除，得到特定方向上的目标波数域信息，包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述依据所述目标波数域信息进行逆傅里叶变换，得
9.一种基于时空傅里叶变换的内孤立波方向分解装置，其特征在于，包括：
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
...【技术特征摘要】
1.一种基于时空傅里叶变换的内孤立波方向分解方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述数值模拟结果对应的参量时间序列进行时间傅里叶变换处理，得到目标频率域信号，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标频率域信号进行二维空间傅里叶变换处理，得到目标波数域信息，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述参量时间序列进行时间傅里叶变换和零填充处理，得到内孤立波在各波动分量的频率域信息，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述频率域信息进行负频率滤除处理，得到目标频率域信号，包括：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚延昆，蔡树群，陈植武，许洁馨，
申请(专利权)人：中国科学院南海海洋研究所，
类型：发明
国别省市：
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