基于OpenGL索引顶点数组的大尺度海面LOD算法

分析了大尺度海面与地形数据的区别,提出一种基于OpenGL索引顶点数组的细节层次(LOD)算法.采用视点相关技术,建立了一种网格模板,将每级网格划分为8个矩形区域和4个T型裂缝缝补区域,使用索引顶点数组高效绘制所有区域.根据视点进行可见性判断,对可见点使用P-M海浪谱实时反演海面数据,逼真地实现了大尺度海面的漫游.     

基于多背景模型的海面运动目标检测

提出一种在反射光较强的条件下基于多背景模型的海面运动目标检测方法.使用基于统计模型的变化检测方法将被监控场景区分为海浪波动显著的背景区域和海浪波动不显著的背景区域;对这两种区域中的像素点分别以Weibull分布模型和Gauss分布模型建立背景模型;使用建立的背景模型检测海面的运动目标.实验结果表明,在海面反射光较强且波浪波动较大的情况下,用该方法可以比较准确地检测到海面的运动目标.     

直升机掠海飞行海浪滤波器研究

研究了直升机掠海飞行时海浪滤波器和高度组合系统设计问题，给出了运动坐标系下海浪谱，借鉴直升机海面悬停时精确高度的维纳滤波提取法，利用伯特一香农法设计了掠海飞行海浪滤波器，给出了高度组合系统，结合某型直升机做了仿真，验证了海浪滤波器和高度组合系统的有效性。     

二次调节海浪升沉补偿控制技术

为避免海浪升沉运动给海上补给作业船只带来安全隐患,研究解决基于二次元件的卷扬机系统的海浪升沉补偿问题. 给出了补偿原理和补给作业方式,建立了二次调节海浪升沉补偿系统的数学模型,研究了二次元件转速的负载反馈自适应控制. 结果表明,该方法可以满足海面作业船只海浪补偿需求,保障其运输作业的安全、高效.      

基于Gerstner函数和JONSWAP海浪谱的海浪仿真

针对单一海浪仿真方法在不同场景应用的局限性,提出了基于Gerstner函数与JONSWAP海浪谱相结合的海浪仿真方法,实现了不同波浪强度下的海浪建模.选取了Gerstner函数方程组作来海浪构造模型,并将其扩展成三维形式模拟海浪的细节和真实度;为了控制海浪模型并实现海浪的随机性、多变性、真实性,采用了JONSWAP海浪谱获取控制海浪模型的参数,进而建立了海浪仿真模型;针对多组海浪谱的频谱参数进行海浪仿真和不同海浪建模方法的海浪仿真,实验结果表明,所提方法有效性和实用性较好,真实度高,并适用于多种海浪场景.     

基于Gerstner函数和JONSWAP海浪谱的海浪仿真

针对单一海浪仿真方法在不同场景应用的局限性,提出了基于Gerstner函数与JONSWAP海浪谱相结合的海浪仿真方法,实现了不同波浪强度下的海浪建模.选取了Gerstner函数方程组作来海浪构造模型,并将其扩展成三维形式模拟海浪的细节和真实度;为了控制海浪模型并实现海浪的随机性、多变性、真实性,采用了JONSWAP海浪谱获取控制海浪模型的参数,进而建立了海浪仿真模型;针对多组海浪谱的频谱参数进行海浪仿真和不同海浪建模方法的海浪仿真,实验结果表明,所提方法有效性和实用性较好,真实度高,并适用于多种海浪场景.     

基于船舶运动的微波多普勒海面回波模拟与分析

根据船载雷达探测海面时的工作特点,深入研究走航状态下微波段电磁波与海表面的作用机理.根据线性波浪理论和船舶运动规律,建立了基于时变海面的船舶运动模型,并通过与实测数据对比验证了模型的有效性.采用小斜率近似法计算海面的电磁散射,仿真得到走航状态下微波段海面散射回波,并分析了不同船舶运动方式对回波多普勒谱的影响.通过采用空间海浪反演算法验证仿真结果,证明了回波模拟算法的正确性.结果表明船舶运动导致回波统计特征发生明显变化,该结论为船载平台下海面后向散射回波研究与海浪反演算法改进提供了先验信息与理论模型.     

运动潜体尾迹及其与随机海面相互作用的数值模拟

研究了水下运动物体产生的自由面尾迹与随机海面相互作用的问题.以三维非定常不可压缩雷诺平均(RANS)方程为控制方程,采用重整化群(RNG)k-ε湍流模型,应用体积分数(VOF)方法处理自由面,对水下运动球体产生的自由面尾迹特征进行了数值模拟与分析.结合海浪谱模型,数值分析了水下运动球体产生的自由面尾迹与随机海面的相互作用机理及其表现特征.     

基于投影网格上的Phillips谱真实感海浪仿真模拟

针对如何有效利用现代图形硬件渲染大规模真实感海浪场景的难题,构建了一种基于投影网格上的Phillips谱海浪模型,利用GPU得到的海面浪高渲染为实时高度浮点纹理图,对每个像素进行求梯度得到海水法向纹理图。提出了基于GLSL语言的海水光照算法,实现动态海面光照效果,通过对程序参数的调节,进行不同风向风速下海面浪高的控制以及能见度、太阳高度角等不同气象要素下的真实感海浪绘制。仿真结果表明,该模型及渲染方法能够获得逼真的场景特效。     

海面散射信号的分形分析及分形维数估计

针对经典分形海面模型的功率谱在空间波数小于基波波数时不能满足正幂率的问题,提出了一种同时具有海浪稳态和瞬态特性的海面模型.该模型将Longuet-Higgins模型和归一化带限WM分形海面模型相结合,解决了分形海面模型不考虑从其他方向传来的涌浪问题.研究了增加涌浪后的分形海面所获得的散射信号的分形特性,从数学上证明了增加涌浪后的二维分形海面所获得的随时间变化的散射信号是分形的,确定了其分形维数的上下界,并进行了仿真验证.仿真结果表明:该散射信号的分形特性几乎不受海面和雷达状态的影响,分形维数是海面内在的固有参量.     

The Earth's 'hum' is driven by ocean waves over the continental shelves

Observations show that the seismic normal modes of the Earth at frequencies near 10 mHz are excited at a nearly constant level in the absence of large earthquakes. This background level of excitation has been called the 'hum' of the Earth, and is equivalent to the maximum excitation from a magnitude 5.75 earthquake. Its origin is debated, with most studies attributing the forcing to atmospheric turbulence, analogous to the forcing of solar oscillations by solar turbulence. Some reports also predicted that turbulence might excite the planetary modes of Mars to detectable levels. Recent observations on Earth, however, suggest that the predominant excitation source lies under the oceans. Here I show that turbulence is a very weak source, and instead it is interacting ocean waves over the shallow continental shelves that drive the hum of the Earth. Ocean waves couple into seismic waves through the quadratic nonlinearity of the surface boundary condition, which couples pairs of slowly propagating ocean waves of similar frequency to a high phase velocity component at approximately double the frequency. This is the process by which ocean waves generate the well known 'microseism peak' that dominates the seismic spectrum near 140 mHz (refs 11, 12), but at hum frequencies, the mechanism differs significantly in frequency and depth dependence. A calculation of the coupling between ocean waves and seismic modes reproduces the seismic spectrum observed. Measurements of the temporal correlation between ocean wave data and seismic data have confirmed that ocean waves, rather than atmospheric turbulence, are driving the modes of the Earth.     

基于多普勒的波流测量方法和系统实现

提出了基于声多普勒渡流混合测量方法，建立了相应测量方法的数学模型，并为提高波浪方向谱的反演精度设计了新型的测渡阵。利用模块化，工业化的思想设计出系统实现方案，为发射机设计了非相关和相关混合的发射测量波形，使之在较大的测量范围内能提高测量的空间分辨率。     

基于频谱的湍流函数海浪仿真

针对海浪仿真的物理模型都非常复杂，还没有简单的方法来实时描述动态海浪．文中提出一种可以实时描述深水动态海浪的简单方法，通过真实的海浪频谱控制三维次摆线，产生海浪模型之后叠加j维湍流函数来描述细节．这种方法建立的海浪模型在频域非常接近于真实的海浪频谱，在时域中可以得到比较真实的海浪形状．     

非均匀流场中随机波折射—绕射的数值计算

本文在非均匀流场中规则波折－绕射缓坡方程的基础上,引入谱的概念,建立了用方向谱表示的非均匀流场中随机波折－绕射缓坡方程,并选用文圣常等提出的解析方向谱作为靶谱,就一模型海区进行具体的数值计算,结果表明,随机波折－绕射模型要明确优于规则波的折－绕射模型。     

蛇形多向不规则波造波机波浪产生方法及特性

介绍了自行研制的蛇形多向不规则波造波机系统．造波机宽28m，由70块高0.9m、宽0.4m的造波板组成．在此基础上论述了分段式造波机产生波浪的原理及方法，并对其产生的斜向和多向不规则波的波浪统计特性以及波浪的频谱和方向分布进行了试验研究．结果表明，研制的造波机各项性能达到了预期的指标，可产生较理想的单向和多向不规则波．     

微波多普勒雷达海浪参数提取算法

根据海浪混合表面散射理论和线性波理论,利用3种规模波对微波多普勒谱的不同贡献,推导出海浪谱与径向速度转换函数,得到了一种适用于多普勒雷达的海浪谱以及海浪参数提取算法．该算法从海洋回波的多普勒谱中获取径向速度序列,根据海浪速度谱与海浪谱之间的转换关系推导海浪谱,再用谱矩法计算相应的海浪参数．运用该算法分别对微波多普勒谱雷达的模拟与实测数据进行处理,实现了有效浪高和平均海浪周期的高精度提取,证实了该算法在微波段多普勒雷达的海浪参数反演中的准确性．     

不同行波方向元件原理与判据的比较

为了研究新型行波方向元件以满足高压输电线路的需要,有必要对现有行波方向元件的本质和相互之间的联系进行深入分析。该文讨论了现有的各种行波方向元件的内在联系,利用方向行波统一了各种行波方向元件的原理以及判据,并给出了各种方向元件在原理和性能上的区别。分析和计算结果表明:各种行波方向元件所依赖的基本物理现象是一样的,它们在本质上是统一的。但是由于各种行波方向元件的判据表达式并不相同,所以它们在性能上仍然存在差异,其中波阻抗方向元件、比率式行波方向元件和幅值比较式行波方向元件具有相对优越的保护性能。     

Dynamical coupling of wind and ocean waves through wave-induced air flow

Understanding the physical mechanisms behind the generation of ocean waves by wind has been a longstanding challenge. Previous studies have assumed that ocean waves induce fluctuations in velocity and pressure of the overlying air that are synchronized with the waves, and numerical models have supported this assumption. In a complex feedback, these fluctuations provide the energy for wave generation. The spatial and temporal structure of the wave-induced airflow therefore holds the key to the physics of wind-wave coupling, but detailed observations have proved difficult. Here we present an analysis of wind velocities and ocean surface elevations observed over the open ocean. We use a linear filter to identify the wave-induced air flow from the measurements and find that its structure is in agreement with 'critical-layer' theory. Considering that the wave-induced momentum flux is then controlled by the wave spectrum and that it varies considerably in vertical direction, a simple parameterization of the total air-sea momentum flux is unlikely to exist.