水平运动模拟器复演随机海浪谱实验

海浪信号的实时仿真和谱估计
陈虹丽;李爱军;贾红宇
【期刊名称】《电机与控制学报》
【年(卷),期】2007(011)001
【摘要】针对海浪信号的随机不确定性问题,依据长峰波海浪理论,给出了海浪信号的数学模型,提出了一种海浪信号的实时仿真方法.采用波能谱(海浪谱)描述海浪的统计特性,采用海浪反演的线性叠加法在Matlab仿真平台上实时仿真出不规则长峰波海浪;利用加矩形窗口的Welch谱估计法对仿真出的海浪做了谱估计,同时与真实谱进行比较.结果表明,该海浪信号的仿真方法既能满足实时仿真的要求,又具有较高的仿真精确度.船舶减摇控制的应用证明,该方法能为船舶运动控制仿真系统提供可靠的海浪扰动信号.
【总页数】4页(P93-96)
【作者】陈虹丽;李爱军;贾红宇
【作者单位】哈尔滨工业大学,控制科学与工程博士后流动站,黑龙江,哈尔
滨,150001;哈尔滨工程大学,自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨理工大学,教务处,黑龙江,哈尔滨,150080;哈尔滨理工大学,教务处,黑龙江,哈尔滨,150080
【正文语种】中文
【中图分类】U661.338
【相关文献】
1.一种抗海浪扰动实时控制信号滤波方法 [J], 赵江;肖昌美;雷霏霖;江涛;王超
2.船舶动力定位海浪环境的实时仿真与海浪谱分析 [J], 王立军;陈锋;丁福光;施小成
3.长峰波海浪的数值模拟仿真与频谱估计 [J], 许景波;边信黔;付明玉
4.海浪信号的实时仿真 [J], 黄世涛;宋继良;刘美娟;崔延辉;谭光宇
5.基于海浪谱的风暴潮海浪数值仿真与功率谱估计 [J], 陈小健;吴庆;张道明
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基于频谱的海浪实时模拟
金文标;蒲鹏飞
【期刊名称】《重庆邮电大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2009(021)003
【摘要】基于海浪谱皮尔逊一莫斯科维奇谱(P-M谱),提出了一种新的海浪实时模拟方法,该方法考虑了海水深度对波形的影响,并通过纹理映射、材质设置、光照、色彩融合等渲染技术实现了海浪造型及动态显示.实验表明该方法在波浪模拟的简易性、实时性与真实感方面均取得不错的效果,适合各种深度的海洋波浪模拟.【总页数】5页(P435-439)
【作者】金文标;蒲鹏飞
【作者单位】重庆邮电大学计算机科学与技术学院,重庆400065;杭州电子科技大学理学院.杭州310018;重庆邮电大学计算机科学与技术学院,重庆400065
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41
【相关文献】
1.基于频谱的湍流函数海浪仿真 [J], 高伟;陈涛;杜亚琦
2.虚拟战场环境中海浪实时模拟方法的研究 [J], 姚海;鲍劲松;金烨
3.三维随机海浪实时模拟方法研究 [J], 王宝龙;康凤举;方琦峰;黄永华
4.长峰波海浪的数值模拟仿真与频谱估计 [J], 许景波;边信黔;付明玉
5.X-波段雷达近海海浪频谱反演的神经网络模型 [J], 王静;唐军武;何宜军;王鑫;潘玉方
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基于谱的海浪模拟与谱估计
王虹旋;刘鹏
【期刊名称】《舰船电子工程》
【年(卷),期】2012(032)005
【摘要】针对掠海飞行器系统仿真的需要，研究了海浪仿真方法。

选取P—M谱
作为海浪谱，通过海况确定波谱参数，在波谱仿真带宽内采用频率等分法对其进行分割，根据Longuest—Higgins海浪模拟模型进行仿真，得出了海浪时域波形。

并采用Welch法进行波谱估计，从波谱能量度量，仿真精确度达到了99．22％。

【总页数】2页(P91-92)
【作者】王虹旋;刘鹏
【作者单位】中国人民解放军91550部队91分队,大连116023;中国人民解放军91550部队91分队,大连116023
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于SAR海浪方向谱的中国海海浪特性研究 [J], 刘晓燕;杨倩;宗芳伊;张晓楠;曾侃;吴承璇;;;;;;
2.基于海浪谱的风暴潮海浪数值仿真与功率谱估计 [J], 陈小健;吴庆;张道明
3.基于SAR海浪方向谱的中国海海浪特性研究 [J], 刘晓燕;杨倩;宗芳伊;张晓楠;曾侃;吴承璇
4.基于海浪谱的海浪随机粗糙面模拟 [J], 李浩正;包新宇;张强;
5.基于Gerstner函数和JONSWAP海浪谱的海浪仿真 [J], 杨志钢;孙鹏
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船舶振荡运动仿真的方向谱方法赵振民;孔民秀;杜志江;孙立宁【摘要】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蜂海浪谱和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.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2010(042)005【总页数】4页(P742-745)【关键词】船舶仿真;海浪仿真;海浪谱;方向谱【作者】赵振民;孔民秀;杜志江;孙立宁【作者单位】哈尔滨工业大学,机器人与系统国家重点实验室,哈尔滨,150080;黑龙江科技学院,电气与信息工程学院,哈尔滨,150027;哈尔滨工业大学,机器人与系统国家重点实验室,哈尔滨,150080;哈尔滨工业大学,机器人与系统国家重点实验室,哈尔滨,150080;哈尔滨工业大学,机器人与系统国家重点实验室,哈尔滨,150080【正文语种】中文【中图分类】TP391.9从20世纪40年代起，研究人员开始致力于船舶振荡流体动力理论的建立.Haskind提出了在线性理论范围内将流场中的扰动速度势分解成绕射速度势和辐射速度势，该方法仍然是处理摇荡问题中线性扰动势的经典方法［1］.随着高速电子计算机的出现，船舶振荡运动理论也逐渐由二维理论发展到三维理论、由频域发展到时域、由线性假设发展到非线性处理［2－6］.常见的频域分析方法都采用海浪谱描述随机海浪，很难以之为基础进行随机海浪上的船舶振荡运动时域仿真并使海浪和船舶振荡运动协调一致.为了解决该问题，本系统采用方向谱代替海浪谱进行频谱分析，建立基于方向谱的船舶振荡仿真系统，可以得到船舶运动和海面运动更加协调一致的效果.根据Gerstner模型，海浪谱描述固定点的波面，因此只需要考察海浪场中一固定点的波面即可.海浪高度场中一定点的一维高度表达式为式中:为ω号组成波的振幅，ωω为ω号角频率，θω为ω号均匀分布的随机位相(rad/s).由式(1)规定式中:S(ω)为海浪谱(称其表达式为海浪谱函数)，表示在频率ω附近单位频率范围内的组成波所具有的波动能量;方向谱描述海浪内部各个方向上的波面，因此对方向谱的研究必须从海浪场中任意点(x，y)的波面开始.根据Gerstner模型，海浪高度场中任意点(x，y)的高度表达式为式中:χ为第ω号组成波的传播方向与x轴的夹角(浪向角)，ħω为第ω号组成波的波数，由频散关系ωω = ω(ħω)确定.由式(2)规定:式中:S(ω，χ)为方向谱(称其表达式为方向谱函数)，它表示在浪向χ以及频率ω附近单位角度和频率范围内的组成波所具有的波动能量.海浪谱与方向谱的关系为则称D(ω，χ)为方向分布函数.如果海浪的组成波都相互平行，且它们的浪向都与海风的主风向相同，这种海浪就被称为长峰海浪.Pierson和Moscowitz从北大西洋的460组风浪观测资料中挑选出54组属于充分成长情形的数据，按照风速分组，并利用谱分析方法得到海浪谱函数:式中:A=8.11 ×10－3g2;B 为0.74 g4/μwind4，μwind为海面上方19.5 m处的风速，该谱被称为Pierson-Moscowitz谱，简称P－M谱.ITTC推荐的方向分布函数如下:式中:α为组成海浪的方向χ与中心海浪χCW的夹角(本文简称浪向夹角);将式(5)和式(6)代入式(4)，可得到基于P－M谱和ITTC方向分布函数的方向谱: 1)方向谱的选择.方向谱的选择直接影响仿真结果的质量，本文为了研究的通用性，选择最常用海浪谱方向分布函数构造了基于P－M谱和ITTC推荐方向分布函数的方向谱进行后续的计算.2)海浪的分解.根据Gerstner模型的假设，海浪是由许多个规则波组成的，而海浪的分解就是要根据一定的原则得到这些规则波的分布.当用方向谱描述海浪时，对海浪的分解需要从空间和频率两个方向进行.本文选择了先进行空间分解而后进行频率分解的顺序，它的含义是，总海浪由各个方向的子海浪组成，而每个子海浪又由各个频率段的规则组成波构成.本文出于简化的目的，在空间分解时采用了等角度法，在频率分解时采用了等频率法.根据基于P－M谱和ITTC推荐方向分布函数的方向谱的特点，参考文献［7］，确定相应的频率仿真范围.本文只考虑风速对方向谱的影响，当风速确定后，每个子海浪的频率划分采用相同的方法.在本文中采用3个坐标系描述船舶振荡运动.1)惯性坐标系(O0－x0y0z0).该坐标系固定于海面，不随波浪或船体运动;其中O0－x0y0平面与静水面重合;通常是岸上的观测者所采用的坐标系，因此该坐标系是定义各物理量(航速、风速、方向谱等)的通用坐标系.2)参考坐标系(O′－x′y′z′). 该坐标系以船体前进的平均速度移动，但不随船体振荡;其坐标原点与船舶处于静水稳定时(既没有任何振荡运动时)的重心位置重合，x′轴指向船艏;该坐标系是定义各遭遇物理量(遭遇频率、遭遇海浪谱等)的坐标系;3)动坐标系(O－xyz).该坐标系与船体固定，既以船体前进的平均速度移动，又随船体发生振荡运动;其坐标原点位于船舶的重心，x轴指向船艏;在其中描述的船体坐标是定值而不是时间的函数，同时也可以用此坐标系相对于参考坐标系的位置来定义船舶的振荡运动.把船舶作为六自由度刚体，并利用动坐标系在参考坐标系中的相对位置定义各振荡运动分量(如图1).各运动量定义如下:动坐标原点O在参考坐标系中的纵坐标x′0称为纵荡，垂向坐标y′0称为垂荡，横坐标z′0称为横荡;绕动坐标系3个坐标轴的转动依次为横摇φ′0，纵摇θ′0和首摇ψ′0.在船舶振荡研究领域常常引入常量表示法来表示这6种振荡运动，其对应关系下式所示:假设船舶以平均速度μship运动，且惯性坐标系的χ0正方向轴与船舶航向相同(见图2惯性坐标系部分，μship=0°).根据前面对惯性坐标系和参考坐标系的定义，得到两个坐标系的坐标变量间的关系:将式(7)代入式(2)可得参考坐标系下的海浪波面表达式，即遭遇波面的表达式式中:μω为第ω号组成波在参考坐标系下的浪向，称为遭遇角.可以用组成波与船体运动正方向的夹角表示，规定顺时针为正，且当组成波与船体运动方向相同时为0°，具体参考图2.式(8)～(10)中，t前的系数定义为船舶的遭遇频率，再考虑到无限水深条件下h=ω2/g(g是重力加速度，常取g=9.8 m/s2)，就可以得到遭遇频率和自然频率的数学关系为根据式(11)由能量守恒定律可知，波面承载的能量是常数，不会因为坐标系的变化而发生改变，从而有如下海浪谱和遭遇海浪谱的关系:在得到了遭遇海浪谱后，利用响应振幅算子以及遭遇海浪谱函数得到船舶运动谱函数，而后把描述规则波成分的参数带入船舶运动谱函数.在进行基于方向谱的船舶振荡运动仿真时，海浪被分解为许多个不同浪向的子海浪，所以必须得到需要仿真的所有航速和所有子海浪的遭遇角下所有的响应振幅算子.根据文献［8］，响应振幅算子由振幅频率函数|RAO(ωe，μ，μship)|及相位频率函数φ(ωe，μ，μship)两部分组成，通常记为根据船舶运动响应的线性假设［8］，并且按照上述振幅响应算子的定义，船舶在一定海况中的振荡运动响应谱值可用下式计算［9］:式(12)表示当遭遇角为μmain(即中心海浪的浪向为χCW而船舶航向为χship)且船舶航速为μship时，第i号运动的船舶振荡运动响应谱值为各组成波和船舶振荡运动响应相位值.式(13)表示由第(i，j)号组成波所造成的船舶振荡运动响应谱值，第(i，j)号组成波是第i号子海浪中的第j号频率的组成波，而Sij(μi，ωj)是此组成波的方向谱值.方程中的M是响应振幅算子进行无量纲化时产生的系数，它的取值如下:当需要计算的自由度属于线位移时M= 1，角位移时M=ħ(ħ为波数)，力时M=1/c(c是回复力系数).式(14)表示当遭遇角为μmain(即中心海浪的浪向为χCW而船舶航向为χship)且船舶航速为μship时，第i号运动的船舶振荡运动响应相位为由该遭遇角μmain和船舶航速μship共同确定的相位频率函数值.需要指出的是，浪向χ、浪向夹角α和遭遇角μ之间的关系可以通过式(10)及式(6)唯一确定.在大多数情况下浪向χ是最先获得也是最受关注的，所以，采用公式(15)～(18)这组公式计算船舶的振荡运动响应谱值.与对海浪波面描述类似，船舶的振荡运动的描述也可以表示为许多组成运动的叠加［10］，基于线形假设，通常用三角函数的形式表达这些组成运动［11］，其表达式如下:式中:ηl为自由度的位移，为自由度由第(i，j)号组成波造成的组成运动的振幅，ωe为自由度由第(i，j)号组成波造成的组成运动的遭遇频率，φ为自由度由第(i，j)号组成波造成的组成运动的随机相位，θi为自由度由第(i，j)号组成波造成的组成运动的响应振幅算子相位响应，第(i，j)号组成波是指第i号子海浪中的第j号频率的组成波.本文介绍了与本系统相关的数学模型和基于方向谱的船舶振荡分析方法.从这些数学模型中推导出的基于方向谱的船舶振荡分析方法以频谱分析方法为基础，通过把方向谱代替海浪谱得到了基于方向谱的船舶振荡运动分析方法，并以基于P－M谱和ITTC推荐的方向分布函数的方向谱为例完成了基于方向谱的船舶振荡运动分析.孙立宁(1963—)，男，教授，博士生导师.【相关文献】［1］HASKIND M D.The oscillation of a ship in still water［J］.Prikladnaya Matematika I Mekhanika， 1946，10(1):33 －66.［2］ZHOU Weilin，HUA Yi，YUN Liang.Nonlinear equations for coupled heave and pitch motions of surface effect ship in regular waves［C］//Proc of the Can Symp 14th Air Cushion Technology.Ottawa Ont Can:CASI，1980:327－359.［3］ANDERSON P，WUZHOU H.On the calculation of two-dimensional added mass and damping coefficients by simple green＇s function technique［J］.Ocean Engineering，1985，12(5):425－451.［4］CHOU C R，WENG W K，YIM J Z.Ship motions near harbor caused by wave actions ［J］.Computer Modeling in Ocean Engineering， 1991，12(1):443 －453.［5］TAKAGI K，NAITO S.Hydrodynamic forces acting on a floating body in a harbor ofarbitrary geometry［J］.International J of Offshore and Polar Engineering， 1994，4(1):97－104.［6］DENIS S，PIERSON W J.On the motion of ships in confused seas［J］.Trans SNAME，1953，61:71 －77.［7］刘洁，邹北骥，周洁琼，等.基于海浪谱的Gerstner波浪模拟［J］.计算机工程与科学，2006，28(2):20－23.［8］LEWIS E V.Principles of Naval Architecture vol III:Motions in Waves and Controllability［M］.Second Revision.Jersey City，NJ:Society of Naval Architects＆Marine Engineer，1990:126 －137.［9］KORVIN-KROUKOVSKY B V.Investigation of ship motions in regular waves［J］.Trans SNAME， 1955，63:91 －96.［10］CHAPMAN R rge amplitude transient motion of two-dimensional floating bodies［J］.Journal of Ship Research， 1979，29(1):20－31.［11］CHAPMAN R B.Time-domain method for computing forces and moments acting on three-dimensional surfacepiercing hull with forward speed［C］//3rdInternational Confon NumericalShip Hydrodynamics. Paris:［s.n.］，1981:237－248.。

海浪控制技术实验报告实验目的：本实验旨在研究海浪控制技术，通过模拟实验来评估不同海浪控制方法对海浪传播特性的影响，以及这些方法在实际海洋工程中的应用潜力。

实验材料与设备：1. 计算机模拟软件：用于模拟海浪的生成和传播过程。

2. 海浪生成器：用于在实验室条件下产生模拟海浪。

3. 波高测量仪：用于测量海浪的高度。

4. 波速测量仪：用于测量海浪的传播速度。

5. 其他辅助设备：包括数据记录器、传感器等。

实验方法：1. 设定实验参数：根据实验目的，设定海浪的波长、波高、周期等参数。

2. 模拟海浪生成：使用海浪生成器在实验水池中产生海浪。

3. 应用控制技术：在海浪传播过程中，应用不同的控制技术，如波能吸收、波形调整等。

4. 数据收集：使用波高测量仪和波速测量仪收集海浪数据。

5. 数据分析：对收集到的数据进行分析，评估控制技术的效果。

实验结果：1. 海浪控制前：在未应用任何控制技术的情况下，海浪的波高和波速保持稳定。

2. 海浪控制后：应用控制技术后，海浪的波高和波速均有所降低，表明控制技术有效。

3. 不同控制技术的效果比较：通过比较不同控制技术的数据，发现某些技术在降低波高方面更为有效，而其他技术则在减缓波速方面表现更佳。

实验结论：通过本次实验，我们得出以下结论：1. 海浪控制技术能够有效地降低海浪的波高和波速，对海洋工程的安全性具有重要意义。

2. 不同的海浪控制技术具有不同的适用场景和效果，需要根据具体情况选择合适的控制方法。

3. 进一步的研究需要在更大规模的实验中进行，以验证控制技术在实际海洋环境中的可行性。

建议：1. 针对不同的海洋环境和工程需求，开发更加多样化的海浪控制技术。

2. 加强海浪控制技术的实际应用研究，提高其在海洋工程中的实用性和可靠性。

3. 促进跨学科合作，结合海洋学、工程学、环境科学等领域的知识，共同推动海浪控制技术的发展。

本次实验报告到此结束，感谢阅读。

Jonswap 谱：联合北海波浪项目峰形参数a σσ=（当m ωω≤时），b σσ=（当m ωω>时），因此该谱共有五个参量，它们都随各个谱而变化。

对于平均的JONSWAP 谱：3.3γ=0.07a σ= 0.09b σ=0.615 1.080.615 1.0883.7220 4.515.403(/)s U kX H m s --==⨯⨯=22/9.82201000/15.4039087.368X gX U ==⨯⨯=0.330.3322(/)()22(9.8/15.403)9087.3640.69145(/)m g u X rad s ω--==⨯⨯=0.220.220.076()0.0769087.3680.0102319X α--==⨯=在m ωω≤时，2222222exp[()/(2)]24524exp[(0.69145)/(0.070.69145)]5exp[426.85695(0.69145)]5415()exp[()]4150.691450.01023199.8exp[()] 3.3410.285730.9827exp() 3.3m m m S g ωωσωωωωωαγωωωωωω----⨯--=-=⨯-⨯=-⨯在 m ωω>时，2222222exp[()/(2)]24524exp[(0.69145)/(0.090.69145)]5exp[258.22211(0.69145)]5415()exp[()]4150.691450.01023199.8exp[()] 3.3410.285730.9827exp() 3.3m m m S g ωωσωωωωωαγωωωωωω----⨯--=-=⨯-⨯=-⨯22exp[426.85695(0.69145)]54exp[258.22211(0.69145)]5410.285730.9827exp() 3.3()10.285730.9827exp() 3.3mm S ωωωωωωωωωωω----⎧-⨯≤⎪⎪=⎨⎪-⨯>⎪⎩P-M 谱：又称ITTC 谱450.78()exp[ 1.25()]m S ωωωω=- 其中谱峰频率0.59067(/)m rad s ω===45540.780.590670.780.15216()exp[ 1.25()]exp()S ωωωωω=-=-TMA 谱：()()()J S f S f kh =Φg322tanh tanh ()tanh tanh 12/sinh 2kh khkh kh kh kh kh kh khΦ==+-+ 波数k 由色散关系2tanh gk kh ω=确定， 由()()S f df S d ωω=可知，()()/()/2()()/2J S S f df d S f S f kh ωωππ===Φg则()()/2()J J J S f S d df S ωωπω==()()/()/2()()/2()()J J S S f df d S f S f kh S kh ωωππω===Φ=Φg g22exp[426.85695(0.69145)]54exp[258.22211(0.69145)]5410.285730.9827exp() 3.3()()10.285730.9827exp() 3.3()mmkh S kh ωωωωωωωωωωω----⎧-⨯⨯Φ≤⎪⎪=⎨⎪-⨯⨯Φ>⎪⎩取上述JONSWAP 波浪谱为靶谱22exp[426.85695(0.69145)]54exp[258.22211(0.69145)]5410.285730.9827exp() 3.3()10.285730.9827exp() 3.3mm S ωωωωωωωωωωω----⎧-⨯≤⎪⎪=⎨⎪-⨯>⎪⎩海浪的波面：~1())Mi i i t t ηωε==+i ε为第i 个组成波的初相位 ，此处取在(0,2π)范围内取均布的随机数；取^1()/2i i i ωωω-=+，0.5t s ∆=，采用M=200，取频率上限H ω为4倍谱峰频率；（i ω为区间端点频率）440.69145 2.7658(/)H m rad s ωω==⨯=/ 2.7658/2000.013829(/)H M rad s ωω∆===采用^1()/2i i i ωωω-=+计算时，模拟的所得的波浪将以周期为2/πω∆重复出现，除非ω∆足够小，否则与实际的波浪情况不符。

六自由度舰船运动模拟器随机海浪谱模拟
皮阳军;王宣银;罗晓晔;顾曦
【期刊名称】《振动、测试与诊断》
【年(卷),期】2010(030)004
【摘要】为了测试随机海浪引起的振动对舰载设备性能和可靠性的影响,提出利用六自由度舰船运动模拟器复现随机海浪谱,对舰载设备进行环境模拟试验.针对六自由度舰船运动模拟器的实际情况,提出双闭环控制方法,利用实时正解代替输出传感器.研究了基于谱均衡和时域随机化的随机海浪谱驱动信号生成技术,并在六自由度舰船运动模拟器上进行试验.试验结果表明,该方法能在六自由度舰船运动模拟器上模拟随机海浪谱,频域复现精度达到±1 dB.
【总页数】4页(P375-378)
【作者】皮阳军;王宣银;罗晓晔;顾曦
【作者单位】浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,杭州,310027;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,杭州,310027;杭州职业技术学院模具研究所,杭州,310018;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TP242;TP391.76
【相关文献】
1.六自由度运动模拟器的动感模拟算法研究 [J], 延皓;李洪人;姜洪洲;陈源;黄利华
2.风浪条件下六自由度舰船运动模拟器运动仿真 [J], 李晓;彭利坤
3.水平运动模拟器复演随机海浪谱实验 [J], 薛米安;邢建建;苑晓丽;陈奕超;罗铆钧
4.基于海浪谱的海浪随机粗糙面模拟 [J], 李浩正;包新宇;张强;
5.基于遗传算法的六自由度舰船运动模拟器的参数优化 [J], 赵强;李洪人;张铁柱因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

三维随机海浪的实时仿真
范乃梅;张志锋;李丹明
【期刊名称】《科技通报》
【年(卷),期】2013(29)8
【摘要】随着对自然现象模拟的不断发展,海浪的可视化日益受到关注。

本文通过研究线性海浪理论的线性叠加法,实时获取三维海浪数据。

基于海浪的分形特征及分形理论中的随机中点位移法原理,提出海面的模拟生成算法,并实现了三维海浪的实时仿真。

文中提出了海浪实时仿真方法和关键技术,较好地满足了实时性显示的要求。

【总页数】3页(P94-96)
【关键词】虚拟现实;海浪;仿真;分形原理;实时
【作者】范乃梅;张志锋;李丹明
【作者单位】郑州轻工业学院软件学院;山东经贸职业学院财政金融学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于 OpenGL 的实时三维海浪可视化仿真 [J], 沈祉怡;赵冰化;张晓蕾
2.三维随机海浪实时模拟方法研究 [J], 王宝龙;康凤举;方琦峰;黄永华
3.基于分形的多分辨率三维海浪实时仿真 [J], 彭耿;张立民;艾祖亮;邓向阳
4.船舶动力定位海浪环境的实时仿真与海浪谱分析 [J], 王立军;陈锋;丁福光;施小
成
5.基于海浪谱的随机海浪仿真及验证 [J], 杨惠珍;康凤举;褚彦军;聂卫东
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基于AR模型随机海浪的模拟研究张文福;谢丹;计静;刘迎春;陈春磊【摘要】Based on AR model, the program for random wave simulation is given used the Matlab. According to the target spectrum of P-M spectrum and its direction spectrum, the sample of random wave height time history is simulated. A high efficiency order of AR model is obtained by comparison the accuracy of former few-order AR model. Compared the auto-correlation and power spectrum density function of simulation sample with the objective auto-correlation and power spectrum density function respectively , it indicates that the AR model for simulation of random wave is reliable.%基于AR模型的基本原理和算法,利用MATLAB软件编写随机海浪的模拟程序,模拟出以P-M单参数谱及其方向谱为靶谱的随机海浪波高时程样本.计算出前若干阶AR模型的精度和计算时间,比较得出一个精度合理、效率较高的自回归阶数.通过与目标相关函数和功率谱密度的对比,说明用AR模型进行随机海浪的模拟是可靠的.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2012(034)003【总页数】3页(P74-76)【关键词】AR模型;随机海浪;海浪普【作者】张文福;谢丹;计静;刘迎春;陈春磊【作者单位】东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TU352随着全球人口的增加与当今科学技术的发展，人类的生存空间逐步向海洋拓展。

基于海浪谱的海浪模拟的改进
郑茂琦;马春翔;王志波;高峰
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2014(26)2
【摘要】针对经典海浪模拟方法中波浪的波峰波谷变化过于突兀的问题,对海浪谱函数进行了研究,得出经典模拟方法未考虑海浪形成的时间历程对于浪形的影响是导致浪的波峰波谷变化过于突兀的主要原因;基于随机振动相关函数理论提出对经典海浪模拟改进的数学模型,改进的数学模型能够表征海浪形成的时间历程对于海浪的影响;通过数值模拟得到的三维海浪模拟图验证了改进模型的正确性,解决了目前海浪模拟波峰波谷变化过于突兀的问题。

为后续海上工程中能够更精确地分析海浪对浮体的作用奠定了基础。

【总页数】7页(P369-375)
【作者】郑茂琦;马春翔;王志波;高峰
【作者单位】上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.基于海浪谱的海浪数值模拟及其仿真验证
2.基于改进分形海浪谱的海浪模拟
3.基于海浪谱的3D海浪模拟
4.基于海浪谱的海浪随机粗糙面模拟
5.基于Gerstner函数和JONSWAP海浪谱的海浪仿真
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六自由度舰船运动模拟器随机海浪谱模拟皮阳军1,　王宣银1,　罗晓晔2,　顾　曦1(1浙江大学流体传动及控制国家重点实验室　杭州,310027)(2杭州职业技术学院模具研究所　杭州,310018)摘要　为了测试随机海浪引起的振动对舰载设备性能和可靠性的影响,提出利用六自由度舰船运动模拟器复现随机海浪谱,对舰载设备进行环境模拟试验。

针对六自由度舰船运动模拟器的实际情况,提出双闭环控制方法,利用实时正解代替输出传感器。

研究了基于谱均衡和时域随机化的随机海浪谱驱动信号生成技术,并在六自由度舰船运动模拟器上进行试验。

试验结果表明,该方法能在六自由度舰船运动模拟器上模拟随机海浪谱,频域复现精度达到±1dB。

关键词　六自由度　模拟器　海浪谱　可靠性　随机振动中图分类号　T P242　T P391.76引　言环境模拟试验是设备可靠性验证的重要组成部分,在设备的研发和可靠性验证中具有重要作用[1-2]。

舰船在海洋中主要受到海浪扰动而产生振动,需要舰船运动模拟器来模拟海浪产生的振动。

海浪引发的振动属于随机振动,而海浪功率谱密度是海浪重要统计特征之一[3]。

因此,海浪随机振动的模拟又称为海浪功率谱密度的模拟。

国外公司已经掌握了随机振动试验的控制技术,有较为成熟的产品[4-5]。

Welar atna[6]介绍了随机振动试验的控制算法。

Vaes[7]介绍了一种路面振动模拟的振动台。

国内学者主要对随机振动试验中的理论进行了研究。

蒋瑜等[8]对超高斯真随机信号的生成技术进行了研究。

王述成等[9]对随机振动试验中的时域随机化技术进行了研究。

这些研究主要集中在宽带随机振动控制,振动台的行程一般较短。

研究表明,海浪谱为窄带信号,频谱主要集中在低频段,在时域内随机信号的幅值较大,因此不能采用一般的振动台进行模拟。

六自由度舰船运动模拟器具有输出力大、输出位移长的优点,满足海浪谱模拟的要求。

国内外学者对并联六自由度平台进行了较为深入的研究,基于该平台的六自由度模拟器已经在航空、汽车和舰船模拟上得到了广泛的应用[10]。

海浪实时绘制中波浪谱的选择
陈丽宁;金一丞;任鸿翔
【期刊名称】《图学学报》
【年(卷),期】2014(000)002
【摘要】Phillips谱是海浪实时绘制中常用的波浪谱.首先分析了Phillips谱的结构,指出该谱是一个瞬时空间谱,其频率谱符合Neumann形式,与P-M谱接近,其方向分布函数为国际拖曳水池会议推荐的形式.令P-M谱与Phillips谱具有相同的单位面积波能,给出了Phillips谱风速的确切含义并计算出该谱的常数.除了使用Phillips谱,还尝试其它形式的谱.用P-M谱和cos-2s形式方向分布函数构造了瞬时空间谱PM-cos2s形式,用JONSWAP谱和Poisson形式方向分布函数构造了瞬时空间谱J-Po形式.比较3种谱的绘制结果发现,使用Phillips谱、PM-cos2s谱的绘制结果均能反映风速对海浪的影响,不能反映风距的影响,使用J-Po谱的绘制结果既能反映风速、也能反映风距对海浪的影响,且三者的绘制帧率一致.如果要选择适合航海模拟器中海浪绘制的瞬时空间谱,该谱的风参数既应包括风速,也应包括风距,且生成波应在风向的(-π,π]范围内,因此J-Po谱在三者中最适合航海模拟器.绘制结果已应用于航海模拟器中.
【总页数】8页(P)
【作者】陈丽宁;金一丞;任鸿翔
【作者单位】大连海事大学航海动态仿真与控制交通行业重点实验室,辽宁大连,116026
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.圆柱形桥墩在波浪作用下的力谱与海浪谱的关系模型试验研究
2.海浪实时绘制中波浪谱的选择
3.基于海浪谱的Gerstner波浪模拟
4.海浪绘制中波浪谱的选择和参数计算
5.基于海浪谱的波浪模拟
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随机波数值模拟方法1概述研究海浪及其对工程的作用有三种途径：一是现场观测研究；二是在实验室内进行模拟研究；三是理论分析研究。

由于海浪的复杂多变性，加上现场环境恶劣，进行现场观测需花费大量的人力物力；理论研究目前也有较大的局限性，特别是对于不规则波浪，很多问题有赖于室内的模拟研究。

模拟研究的方法可分为两大类。

开始是在水槽或水池内利用风或造波机进行物理模拟，亦即进行波浪模型试验。

在人们的精心设计下，可以把负责的现象分解为多个简单的模型，然后再把成果综合起来。

过去已取得了大量的研究成果，目前仍是主要的研究方法之一。

随着电子计算机的发展和普及，海浪的数值模拟得到迅速的发展，它具有经济方便等优点，日益受到人们的重视和广泛的应用。

天然海浪是很复杂的，人们对它的认识和研究过程是由简到繁，由浅入深，及即由单向规则波—斜向规则波—单向不规则波—多向不规则波。

2 不规则波浪的数值模拟—模拟频谱单向不规则波浪的数值模拟方法，大多建立在线性波浪理论的基础上。

本文主要介绍利用线性叠加法和线性过滤法进行二维不规则波的模拟。

2.1 线性波浪叠加法在工程中，如果已经得到了特征波的波参数如有效波高H s 、周期T 等参数，如何得到一列不规则波面时间历程呢？一般通过模拟靶谱法来完成。

将有效波高H s 、周期T 等参数代入某波浪频谱形式中，得到的海浪谱即为靶谱。

现在要模拟某波面不规则波面时间历程，使得模拟的波谱同靶谱一致。

平稳海况下的海浪可视为平稳的具有各态历经性的随机过程，波动可以看作无限多个振幅不等、频率不等、初相位随机的简谐余弦波叠加而成，即()()1cos Mi i i i i t a k x t ηωε==-+∑(1)式中，()t η为波动水面相对于静水面的瞬时高度； i a 为第i 个组成波的振幅；i i k ω,为第i 个组成波的波数和圆频率；i i i i T L k πωπ2,2==L ，T 分别为波长、周期；x ，t 分别表示位置和时间，通常固定位置，可取x =0；i ε为第i 个组成波的初位相，此处取在（0,2π）范围内均布的随机数。

一种改进的随机起伏海面的仿真方法
黄兴忠;熊惠芳;李彦佐
【期刊名称】《海洋学报（中文版）》
【年(卷),期】2006(028)006
【摘要】根据线性滤波器模型的基本原理,提出了一种改进的基于高阶滤波器的随机起伏海面仿真方法.利用Pierson的半经验海浪谱模型,得到了各种不同风速条件下海面随机起伏的仿真结果,并且对仿真结果进行了比较和讨论,结果表明,利用高阶滤波器方法能更加准确地仿真不同风速下的实际海面、更好地再现随机起伏海面的海浪谱特征.这一方法的提出为海浪的物理模拟实验提供了更为准确的数值计算方法,也为研究目标与海面共存条件下高频地波雷达信号的回波特性提供了更好的数值仿真平台.
【总页数】7页(P151-157)
【作者】黄兴忠;熊惠芳;李彦佐
【作者单位】西南电子电信技术研究所,上海分所,上海,200434;西南电子电信技术研究所,上海分所,上海,200434;西南电子电信技术研究所,上海分所,上海,200434【正文语种】中文
【中图分类】P741
【相关文献】
1.在起伏的海面条件下对L频段多径衰落的一种简单预测方法 [J], 金瑞云
2.随机起伏海面数值仿真中的滤波器设计算法研究 [J], 熊惠芳;黄兴忠
3.海面随机起伏对噪声场空间特性的影响规律 [J], 周建波;朴胜春;刘亚琴;祝捍皓
4.一种改进的基于逆Omega-K算法的海面场景SAR原始数据仿真方法 [J], 端和阳;刘保昌;何宜军;李秀仲
5.浅海海面随机起伏下的混响衰减 [J], 刘建军;李风华;彭朝晖
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随机海浪信号仿真器的研究
荆兆寿;刘胜;杨文春
【期刊名称】《信息与控制》
【年(卷),期】1989(18)6
【摘要】本文研究了以 Z-80单板机为核心的随机海浪信号仿真器.在软件设计上用能量谱等效变换避开了斜浪谱的间断点问题,浮点数运算和定点数运算的结合使得精度得到保证,提高了运算速度.利用周期函数的特点和查表技术,提高了运算速度,使仿真时间可无限延续.在硬件实现上采用两个 D/A 转换器获得了16位输出精度.该仿真器的理论基础是严谨的,实现的工程方法具有一定的普遍意义.为船舶控制系统的研究提供了更为实用的、经济的随机干扰信号源。

【总页数】5页(P47-51)
【关键词】仿真器;随机海浪;信号;船舶控制
【作者】荆兆寿;刘胜;杨文春
【作者单位】哈尔滨船舶工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U661.7
【相关文献】
1.基于随机海浪理论的船舶摇荡运动仿真研究 [J], 殷赳;范彬
2.随机海浪过程模拟的随机函数方法 [J], 刘章军;刘玲
3.安捷伦科技推出每分钟可进行百万比特量级仿真的通道仿真器用于信号完整应用
——新的先进设计系统仿真器可加快多千兆位/秒芯片间数据链路设计的眼图测量速度 [J], 无
4.基于海浪谱的海浪随机粗糙面模拟 [J], 李浩正;包新宇;张强;
5.基于海浪谱的随机海浪仿真及验证 [J], 杨惠珍;康凤举;褚彦军;聂卫东
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