海洋随机数据分析 原理、方法与应用PDF电子书下载

第1章 随机过程基本知识 1

1.1 基本概念和基本定义 1

1.1.1 随机过程的定义 1

1.1.2 随机过程的分布函数和概率密度函数 1

1.1.3 随机过程的特征函数 2

1.1.4 随机过程的均值、相关函数、协方差函数、方差和矩 3

1.1.5 正交、不相关和独立的随机过程 4

1.1.6 复随机过程 4

1.1.7 平稳随机过程的定义 5

1.1.8 随机过程的变换 6

1.1.9 随机过程的连续、微分和积分 10

1.1.10 随机过程的各态历经性 12

1.2 平稳随机过程 14

1.2.1 平稳随机过程的相关函数 14

1.2.2 平稳随机过程的功率谱 16

1.2.3 作为平稳随机过程的海浪模型 19

1.2.4 两个平稳随机过程的交叉谱 20

1.2.5 两个平稳随机过程的相干谱 21

1.2.6 平稳随机过程的各态历经性 23

1.2.7 二维和三维平稳随机过程的谱 24

1.3 随机过程的Fourier变换和广义变换 26

1.3.1 随机过程的Fourier变换 26

1.3.2 随机过程的广义变换 27

1.4 正态随机过程 29

1.4.1 正态随机过程的定义 29

1.4.2 正态随机过程的概率密度函数 29

1.4.3 平稳正态随机过程的概率密度函数 30

1.4.4 正态随机过程的几个主要性质 30

1.4.5 平稳正态随机过程的跨零点问题 31

1.5 Markov过程简介 34

1.5.1 Markov序列 34

1.5.2 Markov链 34

1.5.3 Markov过程 35

第2章 谱分析 36

2.1 平稳随机过程的功率谱估计 36

2.1.1 采样间隔的选取 36

2.1.2 谱估计的相关函数法 38

2.1.3 谱估计的周期图法 40

2.1.4 谱估计质量的衡量 42

2.1.5 数据窗的应用 48

2.1.6 最大熵谱估计方法 50

2.2 交叉谱估计及相干分析 56

2.2.1 交叉谱估计 56

2.2.2 相干分析 58

2.3 方向谱估计 60

2.3.1 二维Fourier变换法 60

2.3.2 用测波阵列的数据估计方向谱 64

2.3.3 用自由浮标测量的数据估计方向谱 67

第3章 线性系统分析 73

3.1 线性系统（变换）的定义 73

3.2 线性系统的基本知识 73

3.2.1 线性系统的响应函数 73

3.2.2 线性系统对任意输入的响应 75

3.2.3 线性系统的脉冲响应函数与频率响应函数的关系 75

3.2.4 以随机过程为输入的线性系统 76

3.3 线性系统响应函数的确定 77

3.3.1 由线性微分方程确定线性系统的响应函数 78

3.3.2 通过一对同步测量信号确定线性系统的响应函数 78

3.3.3 通过对简谐波输入和输出的测量确定线性系统的响应函数 78

3.4 线性系统分析在海洋研究中的应用举例 78

3.4.1 随机波（波面位移）信号的模拟 78

3.4.2 随机波造波机控制信号的获得 79

3.4.3 水槽中极端波的模拟 82

3.4.4 海浪作用下孤立桩柱的响应 84

3.5 Hilbert变换及其在海洋信号分析中的应用 84

3.5.1 Hilbert变换的定义 84

3.5.2 Hilbert变换的计算 85

3.5.3 平稳随机过程的Hilbert变换 87

3.5.4 Hilbert变换在海洋信号分析中的应用举例 88

3.6 数字信号滤波 90

3.6.1 数字信号滤波及其对海洋信号分析的意义 90

3.6.2 一种简单高效的信号滤波方法 92

第4章 线性均方估计 97

4.1 随机变量的线性均方估计 97

4.1.1 随机变量的线性均方估计的正交原理 98

4.1.2 随机变量估计与数据估计的关系 100

4.1.3 线性均方估计与线性回归分析 101

4.1.4 线性均方估计的误差分析 103

4.1.5 关于求解系数的最佳方程问题 104

4.1.6 海洋研究中的应用举例 105

4.2 随机过程的线性均方估计 106

4.2.1 随机过程线性均方估计的正交原理 107

4.2.2 随机过程线性均方估计与信号线性均方估计的关系 109

4.2.3 随机过程线性均方估计的Wiener-Kolmogorov理论 110

4.2.4 Wiener-Hopf方程 111

4.3 Kalman滤波 113

4.3.1 Kalman递归滤波原理 113

4.3.2 连续Kalman滤波 115

4.3.3 离散Kalman滤波 117

第5章 信号的经验模态分解 119

5.1 信号的本征模态分解 119

5.1.1 定义 119

5.1.2 信号的本征模态分解方法 120

5.2 信号的Hilbert谱 128

5.3 两种本征模态分解方法的验证 131

5.4 应用举例——日长信号分析 134

第6章 主成分分析和经验正交函数分解 139

6.1 主成分分析 139

6.1.1 问题的提法 139

6.1.2 问题的分析和解 140

6.2 经验正交函数分解 142

6.2.1 问题的提法 142

6.2.2 问题的分析和解 143

6.2.3 应用举例 144

6.3 旋转经验正交函数 146

6.3.1 经验正交函数的旋转 146

6.3.2 最大方差旋转 148

第7章 小波谱分析 152

7.1 小波变换 152

7.2 小波变换的特性 153

7.3 常用的小波基 156

7.4 局部小波能谱 157

第8章 海洋随机变量及其极值的统计分析 162

8.1 海洋随机变量的统计分布 162

8.1.1 Weibull分布 163

8.1.2 最大熵分布 166

8.2 极值的统计分布和重现期极值的推算 174

8.2.1 Pearson-Ⅲ型分布及其应用 175

8.2.2 Gumbel分布及其应用 195

8.2.3 海浪极值波高相应的周期 198

8.3 一元复合极值分布 204

8.3.1 Poisson-Gumbel分布 205

8.3.2 Poisson-最大熵分布 212

8.4 多元复合极值分布 213

8.4.1 定义 213

8.4.2 Poisson-Nested-Logistic分布 214

8.4.3 Poisson-Logistic分布 216

8.4.4 Poisson-Mixed-Gumbel分布 216

8.4.5 应用 217

参考文献 220

索引 226