基于海浪谱模型和FFT的海面建模

第２８卷　第４期 重 庆 理 工 大 学 学报(自然科学) ２０１４年４月

Ｖｏｌ．２８　　Ｎｏ．４ ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ) Ａｐｒ．２０１４

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ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８４２５(ｚ)．２０１４．０４．０１７

基于海浪谱模型和ＦＦＴ的海面建模

１ ２ １ ２

熊艳飞 ，石志广 ，郭　建 ，李吉成

(１．湘潭大学 材料与光电物理学院，湖南 湘潭４１１００５；

２．国防科学技术大学 ＡＴＲ重点实验室，长沙　４１００７３)

摘　　　要：针对海面波浪的随机性和复杂性等仿真难点问题，从海洋学的观测和研究成果出

发，使用风浪、涌浪和震荡波(ｃｈｏｐｐｙ波)共同构成海浪谱。提出一种逼真度高且计算量小的基

于海浪谱模型和快速傅里叶变换(ＦＦＴ)的海面建模方法。在 Ｍａｔｌａｂ软件环境下仿真较为真实

的海况，不仅实现了风浪和涌浪的模拟，还实现了震荡波的模拟，其中震荡波是为了解决海面的

非线性问题。将３种海面波形高度谱叠加，对波形幅值进行ＦＦＴ，计算出空域随时间变化的波

形。仿真结果表明：该方法可以快速有效地模拟动态海面，能够满足海面建模的逼真性和实时

性的要求。

关　键　词：风浪；涌浪；震荡波；海浪谱；快速傅里叶变换

中图分类号：ＴＰ３９１．１　　　　文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－８４２５(２０１４)０４－００７７－０６

ＳｅａＳｕｒｆａｃｅＭｏｄｅｌｉｎｇＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＳｐｅｃｔｒｕｍｏｆＯｃｅａｎ

ＷａｖｅｓＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｔｈｅＦＦＴ

１ ２ １ ２

ＸＩＯＮＧＹａｎｆｅｉ，ＳＨＩＺｈｉｇｕａｎｇ，ＧＵＯＪｉａｎ，ＬＩＪｉｃｈｅｎｇ

(１．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，

ＸｉａｎｇｔａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１００５，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡＴＲ，

ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ)

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｒａｎｄｏｍｎｅｓｓａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅｏｃｅａｎｗａｖｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｂｙｕｓｉｎｇ

ｔｈｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｏｆｏｃｅａｎｏｇｒａｐｈｙ，ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｏｃｅａｎｗａｖｅｉｓ

ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｄｏｆｇｒａｖｉｔｙｗａｖｅｓ，ｓｗｅｌｌｓａｎｄｓｈｏｃｋｗａｖｅｓ(ｃｈｏｐｐｙｗａｖｅｓ)．Ａｋｉｎｄｏｆｈｉｇｈｆｉｄｅｌｉｔｙａｎｄｌｅｓｓ

ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｅａｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ｗｈｉｃｈｗａｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｏ

ｃｅａｎｗａｖｅｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｔｈｅｆａｓｔｆｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍ(ＦＦＴ)．Ｔｈｅｍｏｒｅｒｅａｌｏｃｅａｎｍａｒｉｎｅｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ

ｉｎｔｈｅＭＡＴＬＡＢｓｏｆｔｗａｒｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｇｒａｖｉｔｙｗａｖｅｓａｎｄｓｗｅｌｌｓ．Ｉｎ

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