技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水面流速測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及在風(fēng)浪環(huán)境下測(cè)量水面流速的方法。

背景技術(shù)

水面流場(chǎng)與風(fēng)浪的互作用機(jī)理是海洋物理、流體力學(xué)、海洋微波遙感等領(lǐng)域非常關(guān)注的問(wèn)題，水面流場(chǎng)與風(fēng)浪的互作用機(jī)理非常復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)是研究其機(jī)理的重要手段，在這種實(shí)驗(yàn)中就需要在風(fēng)浪環(huán)境下測(cè)量水面流速。現(xiàn)有的水面流速測(cè)量方法通常是PIV(Particle?Image?Velocimetry)方法，也就是在水面上布灑示蹤例子，通過(guò)高速攝影的方法在獲取的圖像中追蹤示蹤例子的運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)量水面流速。但是PIV方法如果用在風(fēng)浪環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的結(jié)果就是風(fēng)浪振動(dòng)的速度和表面流場(chǎng)速度的疊加，難以對(duì)二者進(jìn)行區(qū)分。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了解決現(xiàn)有技術(shù)在風(fēng)浪環(huán)境下對(duì)水面流速測(cè)量結(jié)果是風(fēng)浪振動(dòng)速度與水面流速的疊加的問(wèn)題，為此本發(fā)明的目的是提供一種在風(fēng)浪環(huán)境下測(cè)量水面流速的方法，其測(cè)量的結(jié)果與風(fēng)浪振動(dòng)速度無(wú)關(guān)，而不是風(fēng)浪振動(dòng)速度與水面流速的耦合。

(二)技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種在風(fēng)浪環(huán)境下測(cè)量水面流速的方法的步驟包括如下：

步驟A：構(gòu)建光照條件，并使得水面光強(qiáng)和水面斜率具有一一映射關(guān)系，并標(biāo)定水面光強(qiáng)與水面斜率映射關(guān)系；

步驟B：用CCD線陣相機(jī)獲取水面光強(qiáng)信號(hào)；

步驟C：將水面光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為水面斜率信號(hào)；

步驟D：對(duì)水面斜率信號(hào)進(jìn)行空間維度傅里葉變換，獲得水面斜率譜的相位項(xiàng)；

步驟E：依據(jù)水面流速模型，計(jì)算出水面流速。

(三)有益效果

本發(fā)明是利用水面波浪相速度只與波長(zhǎng)和水面流速有關(guān)而與波浪振幅無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量波浪的相速度來(lái)計(jì)算水面流速，本發(fā)明的測(cè)量結(jié)果與風(fēng)浪振動(dòng)速度無(wú)關(guān)，不會(huì)與波浪振動(dòng)速度耦合在一起。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)的水面流速測(cè)量方法如果在風(fēng)浪環(huán)境下測(cè)量流速，其測(cè)量結(jié)果是風(fēng)浪振動(dòng)速度與水面流速的疊加，二者無(wú)法區(qū)分的技術(shù)問(wèn)題，傳統(tǒng)的流速測(cè)量方法無(wú)法用于風(fēng)浪環(huán)境下的流速測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明在風(fēng)浪環(huán)境下測(cè)量水面速的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1示出本發(fā)明在風(fēng)浪環(huán)境下測(cè)量水面流速的方法的流程圖，在風(fēng)浪環(huán)境下測(cè)量水面流速的步驟包括：

構(gòu)建特定的光照條件，可以使得水面光強(qiáng)和水面斜率有一個(gè)一一映射關(guān)系表示如下：

s(x，t)=f(I(x，t))???(1)

其中x為水面空間位置，t為測(cè)量時(shí)間，s(x，t)為水面斜率，f(I(x，t))為水面光強(qiáng)與水面斜率的映射關(guān)系。一般情況下光照條件可以通過(guò)光強(qiáng)單調(diào)變化(在照射區(qū)域內(nèi)光強(qiáng)從一端到另一端單調(diào)遞減或遞增變化)的漫射光源來(lái)構(gòu)造。

標(biāo)定這個(gè)映射關(guān)系后我們就可以通過(guò)CCD線陣相機(jī)獲取水面光強(qiáng)信號(hào)I(x，t)，本實(shí)施例中使用的CCD線陣相機(jī)型號(hào)為：DALSA相機(jī)SG-02K80，或用其他型號(hào)的相機(jī)；

將光強(qiáng)信號(hào)I(x，t)轉(zhuǎn)換為水面斜率信號(hào)s(x，t)。

對(duì)水面斜率信號(hào)s(x，t)進(jìn)行空間維度(x維度)傅里葉變換，得到水面斜率譜S(k，t)，如下表示：

S(k,t)=∫xminxmaxs(x,t)exp(-jkx)dx---(2)]]>