基于系統(tǒng)辨識的大尺度模型耐波性試驗(yàn)實(shí)船響應(yīng)外推預(yù)報(bào)

焦甲龍，孫樹政，李積德，陳超核

（1.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣州510641；2.哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，哈爾濱150001）

0 引 言

常規(guī)的水池模型耐波性試驗(yàn)采用小尺度模型，波浪通常為長峰波，模型的運(yùn)動(dòng)由適航儀約束并測量，這些因素使得水池試驗(yàn)難以完全反映實(shí)船海上航行時(shí)的水動(dòng)力特性。此外，水池長峰波試驗(yàn)會(huì)夸大船舶的運(yùn)動(dòng)與載荷響應(yīng)，使船體設(shè)計(jì)偏于保守[1]。因此，研究船舶在短峰波中的響應(yīng)是必要的。實(shí)船海試雖真實(shí)可靠，但實(shí)施成本高且周期較長。對于惡劣或極端海況下的實(shí)船耐波性研究，所期望的全尺度海況也是很難遭遇到的[2]?？傊?，實(shí)船海試有很大的局限性和不可控性。

基于上述狀況，一些學(xué)者提出了實(shí)際海浪環(huán)境下大尺度模型試驗(yàn)技術(shù)。大尺度模型試驗(yàn)是指使用比水池模型更大尺寸的縮尺模型在自然水域中開展水動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)。通過大尺度模型試驗(yàn)可以得到三維海浪中船體的運(yùn)動(dòng)與載荷響應(yīng)。該技術(shù)綜合了水池試驗(yàn)和實(shí)船海試的部分優(yōu)點(diǎn)，例如尺度效應(yīng)小、風(fēng)浪環(huán)境真實(shí)、模型航行范圍廣，且可進(jìn)行任何浪向角下的試驗(yàn)。

國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)一般將大尺度模型試驗(yàn)用于重要型號艦船的設(shè)計(jì)定型。例如，美國海軍驅(qū)逐艦DDG-1000 曾進(jìn)行了45 m 長（縮尺比1:4）的模型試驗(yàn)，研究其運(yùn)動(dòng)性能、結(jié)構(gòu)載荷及水下爆炸等。法國海軍針對“夏爾·戴高樂”號航母開展了20 m 長（縮尺比1:12）的大尺度模型試驗(yàn)。希臘學(xué)者Grigoropoulos 等[3]提出了某大尺度艦船模型耐波性海上試驗(yàn)的步驟及方法。意大利學(xué)者Coraddu 等[4]在靜水湖泊中開展了某艦船大尺度模型操縱性試驗(yàn)。孫樹政等[5]針對兩個(gè)大尺度模型在渤海灣開展了耐波性試驗(yàn)，并研究了試驗(yàn)結(jié)果與水池試驗(yàn)的差異。焦甲龍等[6]針對某艦船開展了縮尺比為1:25的大尺度分段模型的波浪載荷及水彈性試驗(yàn)。

大尺度模型試驗(yàn)中模型設(shè)計(jì)建造、試驗(yàn)實(shí)施方案、數(shù)據(jù)處理分析、綜合性能評估等關(guān)鍵技術(shù)在文獻(xiàn)[5-7]中已做了相關(guān)研究和報(bào)導(dǎo)。然而，大尺度模型試驗(yàn)技術(shù)目前還存在著一些尚未解決的難題，主要包括試驗(yàn)海況的選取原則和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)船響應(yīng)外推方法。該問題可描述如下：即使對于相同浪級有義波高的海況，不同的波浪平均周期及方向分布也會(huì)對船舶響應(yīng)造成一定的影響。然而自然海況中有義波高、周期、方向分布等參數(shù)是無法控制的，很難尋找到這三個(gè)參數(shù)同時(shí)滿足要求的海況。因此，本文基于模型在某一工況下的測試響應(yīng)采用系統(tǒng)辨識方法得到船型的固有響應(yīng)函數(shù)，進(jìn)而外推換算預(yù)報(bào)實(shí)船在其他任意海況下的響應(yīng)。

1 大尺度模型試驗(yàn)技術(shù)介紹

現(xiàn)以某大尺度船模為例，對該試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行簡要概述。為研究某大型艦船的運(yùn)動(dòng)與波浪載荷性能，選取的模型縮尺比為1:25，模型水線長約12 m，排水量約4.6 t。將模型船體分成了七段，在第2、4、6、8、10 和12 站處將模型切開，用來測量該位置的剖面載荷。船模外殼由玻璃鋼制作，在中和軸高度處安裝柔性龍骨梁以測量剖面載荷，尾部一段的較大空間用于布置自航推進(jìn)系統(tǒng)，模型總布置如圖1所示。

為了實(shí)施真實(shí)海浪中的大尺度模型試驗(yàn)，采用的測試儀器設(shè)備主要包括浪高儀、高精度GPS/INS設(shè)備、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀、筆記本電腦、測量傳感器（應(yīng)變計(jì)、壓力傳感器和加速度傳感器等）、電機(jī)及轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)、自動(dòng)舵設(shè)備、視頻攝像儀等。

出于安全及可行性因素考慮，大尺度模型試驗(yàn)一般選在近岸海域進(jìn)行。試驗(yàn)盡量選在遮蔽的海區(qū)并在漲潮時(shí)進(jìn)行，這樣可以避免涌浪的干擾。試驗(yàn)中模型的航行狀態(tài)由輔助船上的人員遠(yuǎn)程控制，輔助快艇跟隨模型共同行進(jìn)并保持一定間距。在測量模型響應(yīng)的同時(shí)還需測量試驗(yàn)海況，試驗(yàn)區(qū)域海浪采用浮標(biāo)式浪高儀測量，模型遭遇海浪采用隨船浪高儀測量。試驗(yàn)過程中主要改變?nèi)齻€(gè)控制變量：海況、航速和航向角。試驗(yàn)測量過程場面如圖2所示。

圖1 大尺度模型總布置圖Fig.1 Large-scale model experimental setup

圖2 大尺度模型試驗(yàn)實(shí)施場面Fig.2 View of large-scale model experimental campaign

2 試驗(yàn)海況換算及海域選取

船模水動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)是以相似理論為基礎(chǔ)，將模型測試響應(yīng)外推至實(shí)船。不規(guī)則波試驗(yàn)海況中的控制參數(shù)包括有義波高、特征周期和方向分布，本研究只考慮前兩個(gè)因素。在水池模型試驗(yàn)中，波浪參數(shù)可在一定范圍內(nèi)任意組合選取，通過計(jì)算機(jī)控制的造波系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。然而自然海浪環(huán)境是不可控的，有義波高和特征周期很難同時(shí)滿足期望值。本章將詳細(xì)論述該問題，進(jìn)而在下文提出由測量海況下模型響應(yīng)外推其他海況下的實(shí)船響應(yīng)預(yù)報(bào)方法。

2.1 試驗(yàn)海況的換算原則

船模水動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)中涉及到的相似準(zhǔn)數(shù)為：雷諾數(shù)Re、付如德數(shù)Fr、斯特羅哈數(shù)St 和歐拉數(shù)Eu。對于慣性力起主要作用的耐波性實(shí)驗(yàn)來說，雷諾數(shù)和歐拉數(shù)不必完全相似。然而對于重力場下非定常周期性運(yùn)動(dòng)的船模運(yùn)動(dòng)響應(yīng)研究而言，付如德數(shù)和斯特羅哈數(shù)必須嚴(yán)格相似：

式中：V為航速，L為船長，t為時(shí)間，下角標(biāo)p對應(yīng)實(shí)船，下角標(biāo)m對應(yīng)模型。

由（1）-（2）式可知，耐波性模型試驗(yàn)中必須滿足的相似關(guān)系為

其中，λ 為實(shí)船與模型的線性幾何尺度比。

在船舶耐波性研究當(dāng)中，不規(guī)則波設(shè)計(jì)海況一般依據(jù)風(fēng)浪等級選取，即根據(jù)目標(biāo)船的類型及作業(yè)海域選取一系列風(fēng)浪等級所對應(yīng)的有義波高[8]。特征周期一般參考某海域的海浪長期統(tǒng)計(jì)資料，選取對應(yīng)有義波高中出現(xiàn)概率最大或平均出現(xiàn)概率的周期。這樣選取的原因在于實(shí)船航行時(shí)遭遇該海況的可能性最大，更符合實(shí)際情況。假設(shè)依據(jù)上述原則確定的實(shí)船海況有義波高為Hp，特征周期為Tp，由相似準(zhǔn)則（3）式可以確定模型所對應(yīng)的海況參數(shù)為：

2.2 問題的提出與描述

假設(shè)實(shí)船海況（有義波高Hp，特征周期Tp）在某一海區(qū)出現(xiàn)的概率為p( Hp,Tp)，考慮到大尺度模型試驗(yàn)的可實(shí)施性，則大尺度模型試驗(yàn)海況的出現(xiàn)概率p( Hm,Tm)也應(yīng)盡可能大。換言之，在某海況長期分布表中，波高與周期的組合概率p( Hp,Tp)和p( Hm,Tm)都應(yīng)為各波高中的最大值，這樣才能同時(shí)保證研究的意義和試驗(yàn)的可實(shí)施性。

以中國沿海長期統(tǒng)計(jì)資料為例，其有義波高與平均周期的聯(lián)合概率分布如圖3 所示[9]。此外，出于普適性考慮，通過（6）式計(jì)算出的全球其他海域的波高與周期的聯(lián)合概率分布也與圖3相類似[10]：

圖3 我國沿海海況波高周期長期統(tǒng)計(jì)資料Fig.3 Long-term statistical data of China coastal waves

式中，h 為無因次波高h(yuǎn) = H/H0，t為無因次波周期t = T/T0，下角標(biāo)0代表平均值，ε為譜寬系數(shù)。

將圖3 中不同有義波高所對應(yīng)的最可能出現(xiàn)的特征周期進(jìn)行提取，并用線性回歸擬合，結(jié)果如圖4 所示。由此可發(fā)現(xiàn)，自然海況中波高與相應(yīng)最大概率周期的關(guān)系可近似為一次函數(shù)。為了研究模型對應(yīng)的自然海況換算至實(shí)船海況后波高與周期的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)圖4 擬合所得到的波高與周期一次函數(shù)關(guān)系式，結(jié)合（4）-（5）式可以計(jì)算出在自然環(huán)境下模型試驗(yàn)海況換算到實(shí)船尺度之后的海況信息。圖5 給出了自然實(shí)際海況和不同縮尺比模型換算后實(shí)船海況的信息。由此可見，在某一波高下?lián)Q算所得到的周期普遍高于實(shí)際周期，且隨著縮尺比加大而迅速增高。即使在一些波高大于17 m 的情況下，換算海況可能與實(shí)際情況接近，但是這種大波高在自然界中很少見，不能作為普遍意義上的研究。然而需要說明的是，換算后的實(shí)船海況周期或波長較實(shí)際的自然值偏大，使得遭遇頻率會(huì)更加接近船體的自振頻率，這對于研究船舶在危險(xiǎn)海況下的響應(yīng)具有更強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

圖4 波高與最可能周期分布 Fig.4 Distribution of H1/3 with most probable TZ

圖5 不同縮尺外推下的實(shí)船海況Fig.5 Full-scale wave state at different scales

總之，模型試驗(yàn)的自然海況與換算后的實(shí)船海況很難同時(shí)滿足要求，這也是大尺度模型試驗(yàn)技術(shù)中的關(guān)鍵問題。然而需要說明的是，上述研究僅限于對遠(yuǎn)洋中波高大于0.5 m 海況的統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)際上近岸海浪參數(shù)隨天氣、地形和區(qū)域的變化范圍較大。幸運(yùn)的是，一些近岸遮蔽海區(qū)的小型風(fēng)浪的周期較小，對于一些大比尺的模型而言，其波高與周期的聯(lián)合分布換算到實(shí)船之后是滿足要求的，例如文獻(xiàn)[11]中的研究海況在換算之后就符合自然情況。焦甲龍等[12]也曾提出了大尺度模型試驗(yàn)海浪的選取方法。但無論怎樣，提出一種具有普適性的由模型響應(yīng)外推實(shí)船在其他海況下響應(yīng)的方法是必要的，這也正是本文的主要研究內(nèi)容。

3 基于時(shí)間序列分析的實(shí)船響應(yīng)外推方法

為了將大尺度模型在某一測試海況下的響應(yīng)換算至實(shí)船在期望海況下的響應(yīng)，采用基于時(shí)間序列分析的NARMAX（帶外生變量的自回歸滑動(dòng)平均）模型辨識出船舶的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)預(yù)報(bào)函數(shù)，進(jìn)而外推不同工況下的船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。

3.1 非線性時(shí)域模型

船舶在波浪中運(yùn)動(dòng)及載荷的流固耦合動(dòng)力分析當(dāng)中，存在著一定的非線性效應(yīng)，特別是高海況下船舶的大幅搖蕩運(yùn)動(dòng)。此外，流體對船體反作用力中存在著一定的記憶效應(yīng)，可用運(yùn)動(dòng)微分方程表述如下：

式中，M 為船體質(zhì)量，m 為流體附加質(zhì)量，K( τ )為時(shí)間延遲函數(shù)，τ 為時(shí)間間隔，C 為船體靜水恢復(fù)力系數(shù)，F(xiàn)( t )為波浪干擾力，x( t )為船體運(yùn)動(dòng)。

為了簡化方程中的卷積項(xiàng)，經(jīng)一系列推導(dǎo)可將（7）式簡化為差分方程AR( l )自回歸模型：

式中，αi( i = 1,2,…,l + 1 )為某系統(tǒng)的固定系數(shù)，Xj( j = n - l,n - l + 1,…,n )為系統(tǒng)j時(shí)刻的響應(yīng)輸出，Yn為n時(shí)刻的外界干擾，l為模型階數(shù)。

為了更準(zhǔn)確預(yù)報(bào)船舶的響應(yīng)，在AR 模型中加入歷史時(shí)刻的波浪輸入信息，此外將系統(tǒng)噪聲用白噪聲序列表示，可以得到NARMAX模型：

式中，y( t )、u( t )和ε( t )分別為系統(tǒng)t 時(shí)刻的輸出（船舶升沉、縱搖等響應(yīng)）、輸入（入射波浪等）和白噪聲，ny，nu和nε分別為輸出、輸入和噪聲的時(shí)間延遲步數(shù)，C為系統(tǒng)常數(shù)，d為時(shí)間滯后，ε( t )為殘差。

3.2 船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)系統(tǒng)辨識

為了求解某船舶固有的時(shí)域響應(yīng)預(yù)報(bào)方程，將（9）式展開為多項(xiàng)式，并改寫為

其中，系數(shù)θm對于固定系統(tǒng)為固定值，多項(xiàng)式pm( )t 為輸入、輸出、噪聲項(xiàng)以及它們的混合乘積項(xiàng)，M 為系統(tǒng)中的總項(xiàng)數(shù)。

為了辨識出系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)，需要給定一些已知的輸入和輸出信息，在此可理解為模型在某工況下測量的海浪輸入與船模響應(yīng)輸出。若某已知數(shù)據(jù)包含N個(gè)時(shí)刻的測量值，可將（10）式寫成矩陣形式：

該問題可轉(zhuǎn)化為已知序列Y 和矩陣P，估計(jì)系統(tǒng)參數(shù)序列θ 使方程（11）殘差最小，可通過最小二乘法進(jìn)行求解。計(jì)算中使用向前回歸算法[13]分別求解過程模型和噪聲模型，具體算法及流程可參考文獻(xiàn)[14]。在系統(tǒng)辨識中，對于低海況中的船舶響應(yīng)可使用一階線性模型，而對于中高海況則需使用二階或高階模型。在船舶響應(yīng)外推預(yù)報(bào)中，由于殘差序列是未知的，所以只使用過程模型即可。

3.3 不同工況下船舶響應(yīng)換算

辨識出船舶的固有運(yùn)動(dòng)響應(yīng)函數(shù)之后，即可根據(jù)其他任意輸入海況對船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行外推預(yù)報(bào)，實(shí)船響應(yīng)外推預(yù)報(bào)的整體思路及流程如圖6 所示。需要說明的是，輸入的艏前波浪時(shí)歷應(yīng)與船模響應(yīng)同步對應(yīng)，且應(yīng)為遭遇波浪時(shí)歷，船模響應(yīng)信號可為運(yùn)動(dòng)、載荷、波動(dòng)壓力和加速度等。在船舶響應(yīng)辨識過程中，可先使用一階算法確定方程中的項(xiàng)數(shù)，再進(jìn)行高階辨識，直到通過模型檢驗(yàn)為止。在進(jìn)行船舶響應(yīng)外推預(yù)報(bào)時(shí)，選取的浪向角應(yīng)與已知辨識測試數(shù)據(jù)中的浪向角相同，因?yàn)椴煌讼蚪窍碌拇肮逃许憫?yīng)函數(shù)不同。

圖6 實(shí)船響應(yīng)外推預(yù)報(bào)方案Fig.6 Procedure of full-scale response prediction

4 算例分析與驗(yàn)證

以往開展的大尺度模型試驗(yàn)中尚未安裝隨船浪高儀，暫未得到艏前波浪數(shù)據(jù)。因此本章采用水池模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)對上述外推模型進(jìn)行驗(yàn)證，水池試驗(yàn)中波浪參數(shù)可控，更有利于檢驗(yàn)所提算法的準(zhǔn)確性。該外推模型一旦得到驗(yàn)證，對于水池試驗(yàn)、大尺度模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果處理均適用，其計(jì)算原理是相同的。

采用某單體復(fù)合船的水池模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，模型縮尺比為1:20，實(shí)船及模型的主尺度參數(shù)如表1所示，模型的安裝如圖7所示。試驗(yàn)在哈爾濱工程大學(xué)拖曳水池中進(jìn)行，水池尺度為108 m 長、7 m 寬和3.5 m 水深。浪高儀固定在拖車上距船艏1.5 m處，試驗(yàn)中同步測量了入射波浪和模型升沉與縱搖響應(yīng)，采樣頻率為100 Hz。不規(guī)則波試驗(yàn)波譜采用ITTC 單參數(shù)譜，選取了4 級（H1/3=2.5 m）和6 級（H1/3= 4.5 m）兩個(gè)典型海況，有義波高對應(yīng)模型分別為125 mm和225 mm。實(shí)船航速選取18 kn和24 kn，對應(yīng)模型航速分別為2.07 m/s和2.76 m/s。

選取模型在6 級海況下以航速18 kn 迎浪航行時(shí)的波浪輸入和模型響應(yīng)輸出為已知量，如圖8 所示，以此辨識出模型的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)固有函數(shù)。進(jìn)而分別外推預(yù)報(bào)船舶在4 級海況18 kn 航速和6 級海況24 kn 航速航行時(shí)的升沉與縱搖響應(yīng)，并將預(yù)報(bào)值與試驗(yàn)測量值進(jìn)行對比驗(yàn)證。

表1 船型主尺度Tab.1 Main dimensions of hull

NARMAX 模型中選用二階非線性模型進(jìn)行系統(tǒng)辨識，輸入、輸出和噪聲的時(shí)間延遲步數(shù)分別取8，8 和10，升沉和縱搖的過程模型門檻值分別設(shè)為0.006 和0.01，升沉和縱搖與入射波浪之間的時(shí)間滯后數(shù)分別取28 和25，時(shí)間間隔為0.05 s。辨識結(jié)果如表2 所示，其中ERR 為誤差縮減比，是衡量各項(xiàng)重要程度的參數(shù)。

圖7 水池試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭bFig.7 Experimental setup of a model in the tank

圖8 六級海況下的已知數(shù)據(jù)（V=18 kn）Fig.8 The known model testing data under Sea State 6(V=18 kn)

表2 辨識出的船舶響應(yīng)參數(shù)Tab.2 The identified ship response coefficients

由此可知，船舶升沉和縱搖響應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式可分別寫為（12）式和（13）式。圖9 所示為所得非線性模型的相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果[14]，各曲線為變量間的相關(guān)函數(shù)，e代表誤差，u代表輸入。可以看出，各標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)函數(shù)曲線基本都落在置信區(qū)間帶內(nèi)，因此預(yù)報(bào)模型滿足要求。

圖9 相關(guān)性檢驗(yàn)函數(shù)Fig.9 Correlation test function

圖10 不同工況下的遭遇波浪時(shí)歷輸入Fig.10 Incident wave in different testing conditions

圖11 不同工況下船模升沉響應(yīng)預(yù)報(bào)值與試驗(yàn)值比較Fig.11 Comparison between prediction model heave value and measurement in different conditions

在不同工況下以入射波浪為輸入，基于（12）式和（13）式外推預(yù)報(bào)船舶在相應(yīng)工況下的響應(yīng)。四級海況18 kn 航速和六級海況24 kn 航速時(shí)輸入的遭遇波浪時(shí)歷如圖10 所示，外推預(yù)報(bào)出的相應(yīng)工況下船舶的升沉和縱搖響應(yīng)分別如圖11和12所示。可以看出，外推預(yù)報(bào)的船舶響應(yīng)與實(shí)測值的吻合度良好，完全滿足工程應(yīng)用需求，證明了本文所提方法的可行性?？梢赃M(jìn)一步推廣為輸入長時(shí)間的入射波浪時(shí)歷，外推預(yù)報(bào)船舶的中短期響應(yīng)，進(jìn)而可根據(jù)所得時(shí)歷進(jìn)行有義值等統(tǒng)計(jì)譜分析，最后通過相似定理換算至實(shí)船即可。

圖12 不同工況下船?？v搖響應(yīng)預(yù)報(bào)值與試驗(yàn)值比較Fig.12 Comparison between prediction model pitch values and measurement in different conditions

5 結(jié)論與展望

本文首先闡述了大尺度模型試驗(yàn)中模型海況與實(shí)船海況換算中存在的限制因素，并為此提出了基于系統(tǒng)辨識的實(shí)船響應(yīng)外推換算方法，解決了大尺度模型試驗(yàn)中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問題。所提出的外推方法同樣也適用于水池模型試驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算中不同海況下的船舶響應(yīng)的換算。通過算例分析表明，外推預(yù)報(bào)的結(jié)果與實(shí)測值吻合度高，證明了該外推方法的可行性。且該時(shí)域模型依據(jù)很少量短時(shí)間的已知數(shù)據(jù)即可辨識出船舶的固有響應(yīng)函數(shù)，也不受航速的限制，避免了頻域譜分析法中需要大量的長時(shí)間的測量數(shù)據(jù)。此外，通過非線性時(shí)域分析法，可以進(jìn)一步研究艦船在高海況下的強(qiáng)非線性運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特征。

盡管本文解決了大尺度模型試驗(yàn)中一項(xiàng)關(guān)鍵難題，然而還有一些研究工作需要進(jìn)一步開展。本文僅證明了長峰波中船舶升沉和縱搖響應(yīng)外推結(jié)果的準(zhǔn)確性，短峰波中運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和載荷信號預(yù)報(bào)的可行性還需進(jìn)一步驗(yàn)證。本文所提船舶響應(yīng)外推模型需要艏前波浪數(shù)據(jù)，因此大尺度模型上需要安裝隨船浪高儀，設(shè)計(jì)研發(fā)一套船艏安裝浪高儀的穩(wěn)定云臺也是下一步要開展的工作。只有獲取準(zhǔn)確的入射波信息，才可以更精確地辨識出模型的響應(yīng)函數(shù)。

本文對我國沿海海浪波高與周期聯(lián)合分布的分析僅限于遠(yuǎn)洋中波高大于0.5 m海況的研究，然而近岸遮蔽海區(qū)的海浪參數(shù)隨氣候、季節(jié)、天氣、風(fēng)場、地形和區(qū)域的變化范圍較大，因此對于近岸小浪高的周期分布還需進(jìn)一步研究。焦甲龍等[12]分析了大尺度模型試驗(yàn)海浪的相似性并提出了海浪選取方案。盡管大尺度模型試驗(yàn)場區(qū)的海浪參數(shù)是無法控制的，但是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中還是有可能通過選擇試驗(yàn)海域和試驗(yàn)時(shí)間來獲取目標(biāo)海況。文獻(xiàn)[15-17]介紹了我國沿海海浪有義波高和特征周期的時(shí)間和空間分布規(guī)律特征，這對于指導(dǎo)和幫助試驗(yàn)海區(qū)的選取有重要意義。