[发明专利]一种基于船舶冰激振动的海冰类型识别方法

权利要求书

1.一种基于船舶冰激振动的海冰类型识别方法，其特征在于：分为以下步骤：

步骤1：采集船舶冰激振动数据；在破冰船船舱内部分位置安装加速度惯性传感器，用于采集破冰船在破冰航行过程中，由于海冰与船舶的激励作用而造成的船舶冰激振动数据；

步骤2：根据S1获得船舶冰激振动数据得到各类型海冰振动加速度数据样本：

步骤3：将直接采集的船舶冰激振动数据进行预处理；

步骤4：对S3处理后的数据进行Hilbert频谱分析；

步骤5：提取边际谱能量特征；

步骤6：识别海冰类型；根据步骤5提取的各类型冰激振动数据特征值，通过图形可视化的方式进行特征数值的差异性对比，从而实现对平整冰、破碎冰和海水的准确识别数据。

2.如权利要求1所述的一种基于船舶冰激振动的海冰类型识别方法，其特征在于：所述S2的具体过程为：匹配对齐图像时域对象，对加速度惯性传感器在冰区连续采集的船舶冰激振动数据进行分割，获得同等时间轴长度的各类型海冰振动加速度数据样本识别。

3.如权利要求1所述的一种基于船舶冰激振动的海冰类型识别方法，其特征在于：所述所类型海冰包括破碎冰、平整冰、海水。

4.如权利要求1所述的一种基于船舶冰激振动的海冰类型识别方法，其特征在于：所述S3的具体过程分为以下步骤：

步骤3.1：通过删除异常值和平均滑动滤波的方法消除环境噪声的影响；

步骤3.2：利用多项式最小二乘法消除由于传感器原因造成的非线性趋势项；

步骤3.3：构建低通滤波器过滤掉船载设备造成的非必要高频信息。

5.如权利要求1所述的一种基于船舶冰激振动的海冰类型识别方法，其特征在于：所述S3.1中平均滑动滤波使用Matlab中的smooth函数来完成，该函数可表示为：

其中i为第i个数据下标，y(i)为原始数据，Y(i)为滑动滤波后的数据,n为移动平均线的跨度个数。

6.如权利要求1所述的一种基于船舶冰激振动的海冰类型识别方法，其特征在于：所述S4具体分为以下步骤：

步骤4.1：对信号进行经验模态分解(EMD),获得该信号的本征模态函数(IMF)分量；

步骤4.2：对分解后的IMF分量进行Hilbert变换，获得信号的Hilbert谱、频率分量以及每个IMF的瞬时频率和能量；

步骤4.3：将步骤4.2得到的Hilbert谱重新排列，将每条IMF瞬时频率点和能量一一对应，重新构建时频谱；

步骤4.4：将步骤4.3中得到的时频谱进行矩阵转换，得到边际谱能量矩阵。

7.如权利要求6所述的一种基于船舶冰激振动的海冰类型识别方法，其特征在于：所述Hilbert变换是边际谱能量矩阵提取的前提。

8.如权利要求6所述的一种基于船舶冰激振动的海冰类型识别方法，其特征在于：所述重新构建边际频谱，重构函数如下：

其中f_s为边际谱频率，f_max和f_min分别为最大频率点和最小频率点，bjp(f_s)为f_s频率点的能量值，n为IMF分量个数，i为第i个IMF分量，imfinse(f_s(i))为f_s频率点下对应的第i个IMF的瞬时能量。

9.如权利要求1所述的一种基于船舶冰激振动的海冰类型识别方法，其特征在于：所述边际谱能量特征包括均值、标准差、最大值、中位数、幅值能量和、偏度、峰度、峰度因子、波形因子、脉冲因子、裕度因子以及任意固定频率点能量特征值。