摘要：海况（sea state）是描述海洋表面波动状况的重要综合指标，对海上活动的安全性和效率至关重要。获取精确、可靠的海况数据，对于保障各类海上作业的顺利开展具有重要意义。由于船舶运动数据易于获取，基于船舶运动进行海况反演（波浪浮标模拟法，Wave Buoy An

海况（sea state）是描述海洋表面波动状况的重要综合指标，对海上活动的安全性和效率至关重要。获取精确、可靠的海况数据，对于保障各类海上作业的顺利开展具有重要意义。由于船舶运动数据易于获取，基于船舶运动进行海况反演（波浪浮标模拟法，Wave Buoy Analogy）的方法已被提出并发展多年。然而，船舶复杂的传递函数限制了该方法的性能，尤其在低频海浪和特定方向来浪的情况下估计误差较大，可能对海上实时决策产生误导。

近日，清华大学深圳国际研究生院任政儒团队引入受限等距特性（restricted isometry property）理论，对船舶水动力传递函数进行了深入分析，从数学角度解释了海况估计异常的成因，并将该理论应用于多谱融合方法中。

受限等距特性是压缩感知理论的重要工具，用于评估测量矩阵在低维投影中保留稀疏信号几何特性的能力，通过约束矩阵在稀疏向量上的近似等距性，确保原始信号能够通过少量观测实现准确重建。在数学上，基于船舶运动的海浪反演与稀疏信号重建有许多相似之处，引入该理论不仅可用于分析船舶水动力传递函数矩阵的整体与局部特性，还能解释海况估计性能的整体表现及局部差异的成因。

图1.不同船舶RAO对WBA反演精度的影响

基于受限等距特性的分析视角，可为性能评估提供有效判据，通过仅使用传递函数作为输入，预判船舶对海浪感知的能力。此外，该方法还可作为特定海况下的可信度指标。由于海上作业通常涉及多条船舶，不同尺寸的船舶对波浪的敏感性各异，将性能判据作为权重引入多谱融合框架，可以实现多船海况估计的协同优化，从而获得更加鲁棒且准确的海况估计结果。

图2.多船结果融合可提高反演精度

相关研究成果以“波浪浮标模拟中的受限等距特性及其在多谱融合中的应用”（Restricted isometry property in wave buoy analogy and application to multispectral fusion）为题，于1月8日发表于《IEEE智能交通系统汇刊》（IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems）。

清华大学深圳国际研究生院2024级博士生张泰瑜为论文第一作者，助理教授任政儒为论文通讯作者。

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供稿：深圳国际研究生院

来源：清华大学