波浪的波高、周期、波向、谱峰频率和波能密度是海洋运动环境中的关键特征要素。本文利用大比尺波浪水槽模拟海洋的波浪运动环境,以提升预测精度为目的。主要内容如下:针对姿态解算、外部环境以及传感器本身对加速度信号的影响问题。采用四元素算法对加速度信号进行全姿态解算,解决万向节锁的问题;采用分散式卡尔曼滤波算法对加速度信号进行滤波,保证传感器系统容错性、稳定性,解决外界环境干扰问题;结合递推平均算法和中心化处理算法处理加速度信号中的趋势项、零漂等误差问题,保障了信号的精度。针对精度改善后的加速度信号,搭建海洋波浪运动的数学模型,进行数值预测。针对波高的预测,分别采用时域和频域积分不同的数学模型。结果表明,随着积分的次数增加,时域积分过程中产生的误差不断累积,误差范围在7.2%内;而频域内积分可提高误差精度,误差范围在3.7%内;采用双拟合曲线变值上跨零点法,计算出同波高对应的周期数值;通过统计横纵方向速度的夹角落在各个角度区间的频率,计算得出波浪方向;采用海浪谱算法,对波浪运动的谱峰频率和波能密度进行分析,结果发现周期相同,波高增加波能密度增大;波高相同时,周期增大,谱峰频率增大。以波高仪为测试基准,将海洋波浪运动的数学模型和商用SBF3-2浮标进行实验对比。结果表明:数学模型的预测结果与SBF3-2相比,周期误差范围一致。规则波作用下,波高相对测量精度提高了0.2%;不规则波作用下,波高相对测量精度提高了1.2%。