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 (自然科学) ２０１４年４月
Ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．４ ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ) Ａｐｒ．２０１４
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 ：ＴＰ３９１．１文献标识码：Ａ 文章编 ：１６７４－８４２５(２０１４)０４－００７７－０６
ＳｅａＳｕｒｆａｃｅＭｏｄｅｌｉｎｇＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＳｐｅｃｔｒｕｍｏｆＯｃｅａｎ
ＷａｖｅｓＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｔｈｅＦＦＴ
１ ２ １ ２
ＸＩＯＮＧＹａｎｆｅｉ，ＳＨＩＺｈｉｇｕａｎｇ，ＧＵＯＪｉａｎ，ＬＩＪｉｃｈｅｎｇ
(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
ｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍａｒｉｎｅｐｈｙｓｉｃｓａｎｄｓｏｌｖｅｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ
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