基于非线性海面微波段多普勒回波的建模算法

基于线性波浪理论和尖波模型,分别仿真得到时变线性和非线性海面,并比较了不同海况下两种海面模型的统计特征。采用小斜率近似法求解微波段的电磁散射,并分析了不同条件下的回波多普勒谱。通过采用海浪反演算法验证仿真数据,证明了该建模算法的正确性。结果表明,非线性海浪表现出斯托克斯波浪的典型特性,海面的非线性效应在掠入射时对多普勒谱的影响更显著,并且进行了非线性修正的海面模型的电磁散射特性与实际海况的结果更加吻合。     

MASNUM海浪模式的性能特点分析与并行优化

海浪模式MASNUM （marine science and numerical modeling）是我国自主研发的海浪数值模式,该模式已广泛应用于我国海洋防灾减灾、海上交通运输、军事活动保障等方面的海浪预报中．随着提升业务预报精度和气候研究需求的不断增长,高分辨率成为海浪模式发展的必由之路．尽管高性能计算机的快速发展为高分辨率数值模式提供了强大的计算能力支持,但当前很多并行数值模式效率还不高,无法获得更高并行加速比,无法提高模式并行效率并缩短运行墙钟时间．结合现代高性能计算机体系结构特点,深入分析MASNUM 模式的性能瓶颈,继而有针对性地对其开展并行优化,明显地提升了通信性能、I/O性能和二维剖分负载平衡性,进而提升了MASNUM 模式整体并行效率和可扩展规模．这里以串行性能为基准,当扩展规模达到960个C P U核时,改进后版本加速比可达431．5．该研究也为其他数值模式提供了一些可供借鉴的并行优化策略．     

近岸海浪视频浪高自动检测

目的 目前基于视觉信息的海浪要素检测方法分为基于立体视觉和基于视频/图像特征的检测方法,前者对浪高的解析不稳定、模型复杂、鲁棒性较差、不能很好地满足实际应用的需求,后者主要检测海浪的运动方向和浪高等级,无法获取精确的浪高值,其中基于图像特征的检测受限于先验知识,检测稳定性较差。为此,本文结合深度学习的特征学习机制,提出了一种面向近岸海浪视频的浪高自动检测方法。方法 从近岸海浪监控视频中提取视频帧图像,计算相邻两帧差分获取差分图像,通过数据预处理对静态图像集和差分图像集进行数据扩充;针对两类图像集分别设计多层局部感知卷积神经网络NIN（network in network）结构并预训练网络模型;分别用预训练的网络模型提取静态图像和差分图像的高层特征来表达空间和时间维度的信息,并融合两类特征;通过预训练支持向量回归SVR（support vactor regerssion）模型完成浪高的自动检测。结果 实验结果表明,本文近岸海浪视频浪高检测方法在浪高检测上的平均绝对误差为0.109 5 m,平均相对误差为7.39%;从不同绝对误差范围内的测试集精度上可以看出,基于时间和空间信息融合的回归模型精度变化更加平稳,基于空间信息的NIN模型的精度变化幅度较大,因此本文方法有较好的检测稳定性。结论 通过预训练卷积神经网络提取近岸视频图像时间和空间信息融合的方式,有效弥补了人工设计特征的不完备性,对近岸视频的浪高检测具有较强的鲁棒性,在业务化检测需求范围内（浪高平均相对误差≤ 20%）有着较好的实用性。     

摆锤杠杆式海浪发电装置摆锤杠杆结构的有限元分析

为了研究摆锤杠杆式海浪发电装置摆锤杠杆结构安全性能,根据微幅波理论与弗汝德-克雷洛夫假设,计算出摆锤杠杆式海浪发电装置摆锤杠杆在一定波高条件下受到的海浪波浪力,利用Solid Works三维软件建立海浪发电装置主体结构及其摆锤杠杆模型,对摆锤杠杆结构进行静力学分析,把固定结构及整个发电装置结构三维模型分别导入到ANSYS worksbench中进行模态分析,求解出其在海浪冲击作用力下的位移及应力响应。结果表明:摆锤杠杆在一定波高的作用下,应力响应与位移响应均在振型处达到最大值,但处于所规定的安全范围之内,能够满足发电要求。     

扫描模式对水下激光通信的影响

基于二维海浪模型,对星载激光在水下通信的上行信道进行分析.采用扫描模式后海面出射角的变化规律,通过使用MATLAB进行仿真,得到在不同风速情况下,发送端的扫描模式对海面出射角和通信成功率的影响.仿真结果表明,在风浪较大的情况下,合适的扫描模式可以明显提高通信的成功率.     

船舶振荡运动仿真的方向谱方法

为了解决船舶振荡运动时域仿真和海浪与船舶运动一致性问题,提出了一种以频谱分析方法为基础,用方向谱代替海浪谱的船舶振荡运动计算方法.对海浪谱、方向谱进行数学描述和关系分析,并选择适合用于船舶振荡分析的长峰海浪谱和ITTC方向谱,根据Gerstner模型对海浪进行分解,建立了船舶在海浪中的振荡运动计算模型.采用响应振幅算子法描述遭遇波面与船舶运动的联系,根据线性叠加假设给出了船舶振动运动的时域解和频域解.     

高频雷达海面回波信号的数字模拟与分析

根据Barrick导出的海面回波的一阶和二阶高频雷达截面方程,结合海浪能量谱,利用等频线方程,模拟出窄波束高频雷达的海面回波多普勒谱,并对模拟结果进行了分析.把接收的高频雷达回波信号和模拟的结果进行对比可以获取海面风场和洋流的部分信息.     

基于干扰观测器的SWATH船运动非线性预测控制

针对带有海浪干扰和参数不确定的SWATH船运动控制问题, 提出基于干扰观测器的SWATH船运动非线性预测控制. 首先对SWATH船运动进行建模、参数求解和海浪干扰仿真; 然后根据运动模型设计非线性预测控制律, 对SWATH 船升沉和纵摇进行控制, 同时利用干扰观测器对海浪干扰进行观测, 并从理论上证明了所设计的控制器可以保证SWATH 船运动的稳定性. 仿真结果表明, 所设计的控制器提高了SWATH船运动控制效果, 且能对海浪干扰进行抑制.

     

海面波动对无线光通信的影响

研究了大气—水下无线光通信下行链路中海面折射对光信道和光接收的影响,采用Windows三维图形函数Direct3D通过图形处理器(GPU)进行复杂的几何运算并实现光信道三维可视化,利用二维谱的海浪模型得出不同风速和风区等条件下海面的随机波动对光线簇传输路径、海底光斑和接收点光强的影响;根据仿真所得数据对接收端积分判决电路的时间常数、光强起伏和误码率三者之间的关系进行了分析,为跨界面传输的无线光通信系统设计提供预见性的动态信道模型参考。     

风浪中船舶横摇仿真与预报研究

对船舶横摇运动进行仿真与预报研究可大大提高船舶航行安全性,更好地保障船舶各项作业的顺利进行.从频谱分析的角度对海上随机风浪进行仿真,并根据刚体平衡原理建立船舶运动方程,由此仿真船舶的横摇运动.在此基础上,针对舰船运动姿态非线性、非平稳的时域特点,运用改进AR模型的多层递阶方法和自回归方法对船舶横摇运动进行预报,结合预报误差指标进行两种预报方法的比较.预报结果表明,多层递阶方法在一定程度上提高了船舶运动姿态的预报精度和预报时间长度,可较好实现非线性预报.