清華新聞網(wǎng)1月14日電 海況（sea state）是描述海洋表面波動狀況的重要綜合指標(biāo)，對海上活動的安全性和效率至關(guān)重要。獲取精確、可靠的海況數(shù)據(jù)，對于保障各類海上作業(yè)的順利開展具有重要意義。由于船舶運動數(shù)據(jù)易于獲取，基于船舶運動進行海況反演（波浪浮標(biāo)模擬法，Wave Buoy Analogy）的方法已被提出并發(fā)展多年。然而，船舶復(fù)雜的傳遞函數(shù)限制了該方法的性能，尤其在低頻海浪和特定方向來浪的情況下估計誤差較大，可能對海上實時決策產(chǎn)生誤導(dǎo)。
近日，清華大學(xué)深圳國際研究生院任政儒團隊引入受限等距特性（restricted isometry property）理論，對船舶水動力傳遞函數(shù)進行了深入分析，從數(shù)學(xué)角度解釋了海況估計異常的成因，并將該理論應(yīng)用于多譜融合方法中。
受限等距特性是壓縮感知理論的重要工具，用于評估測量矩陣在低維投影中保留稀疏信號幾何特性的能力，通過約束矩陣在稀疏向量上的近似等距性，確保原始信號能夠通過少量觀測實現(xiàn)準(zhǔn)確重建。在數(shù)學(xué)上，基于船舶運動的海浪反演與稀疏信號重建有許多相似之處，引入該理論不僅可用于分析船舶水動力傳遞函數(shù)矩陣的整體與局部特性，還能解釋海況估計性能的整體表現(xiàn)及局部差異的成因。
圖1.不同船舶RAO對WBA反演精度的影響
基于受限等距特性的分析視角，可為性能評估提供有效判據(jù)，通過僅使用傳遞函數(shù)作為輸入，預(yù)判船舶對海浪感知的能力。此外，該方法還可作為特定海況下的可信度指標(biāo)。由于海上作業(yè)通常涉及多條船舶，不同尺寸的船舶對波浪的敏感性各異，將性能判據(jù)作為權(quán)重引入多譜融合框架，可以實現(xiàn)多船海況估計的協(xié)同優(yōu)化，從而獲得更加魯棒且準(zhǔn)確的海況估計結(jié)果。
圖2.多船結(jié)果融合可提高反演精度
相關(guān)研究成果以“波浪浮標(biāo)模擬中的受限等距特性及其在多譜融合中的應(yīng)用”（Restricted isometry property in wave buoy analogy and application to multispectral fusion）為題，于1月8日發(fā)表于《IEEE智能交通系統(tǒng)匯刊》（IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems）。
清華大學(xué)深圳國際研究生院2024級博士生張?zhí)╄?span style="text-align: justify; text-indent: 28px; text-wrap-mode: wrap;">論文第一作者，助理教授任政儒為論文通訊作者。
論文鏈接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10834469
供稿：深圳國際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
