基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的測(cè)量波浪和潮汐方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及海洋測(cè)量技術(shù)，特別是設(shè)及利用北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)進(jìn)行海洋波浪和潮 軟測(cè)量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋波浪數(shù)據(jù)和潮軟數(shù)據(jù)是重要的海洋環(huán)境觀測(cè)要素，海洋波浪和潮軟的精細(xì)化 觀測(cè)和預(yù)報(bào)對(duì)防災(zāi)減災(zāi)和災(zāi)后評(píng)估具有十分重要的意義，我國(guó)對(duì)波浪測(cè)量?jī)x器和潮軟測(cè)量 儀器有著巨大的需求。
[0003] 傳統(tǒng)的潮軟測(cè)量方法需要建造驗(yàn)潮井，驗(yàn)潮井是建造在海中的專用建筑物，需要 選擇水文地理?xiàng)l件俱佳且便于海上施工的水中位置進(jìn)行建造，采用鋼筋混凝±、鋼管、硬質(zhì) 塑料管、玻璃鋼和鑄鐵管等大批量材料，驗(yàn)潮井體積龐大，建造復(fù)雜麻煩；傳統(tǒng)潮軟測(cè)量方 法耗費(fèi)人力、物力、財(cái)力很大，且只能測(cè)量驗(yàn)潮井固定位置處的潮軟，不能移動(dòng)測(cè)量其他位 置的潮軟數(shù)據(jù)。
[0004] 傳統(tǒng)的測(cè)波浮標(biāo)內(nèi)部安裝有加速度傳感器，利用重力加速度的原理測(cè)量波浪，加 速度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)兩次積分運(yùn)算得到波浪數(shù)據(jù)，加速度數(shù)據(jù)中的噪聲誤差數(shù)據(jù)同樣也經(jīng)過(guò)兩次 積分累積混加到波浪數(shù)據(jù)中，使波浪數(shù)據(jù)的測(cè)量誤差變大，測(cè)量精度降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方法所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種利用北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)測(cè)量 海洋中波浪和潮軟的方法。其目的在于通過(guò)在浮標(biāo)中安裝一個(gè)GNSS(Global化vigation Satellite System,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）接收機(jī)和一個(gè)差分?jǐn)?shù)據(jù)通訊模塊，浮標(biāo)根據(jù)GNSS 衛(wèi)星信號(hào)W及從北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)采集獲取到的導(dǎo)航信號(hào)修正量和輔助定位信號(hào)，計(jì)算出 浮標(biāo)的=維位置坐標(biāo)，根據(jù)浮標(biāo)的=維位置坐標(biāo)計(jì)算出波浪參數(shù)和潮軟參數(shù)。該方法直接 使用波浪的波面高度測(cè)量波浪，不存在噪聲誤差數(shù)據(jù)的兩次積分累積使波浪數(shù)據(jù)誤差變 大、精度降低的情況；同時(shí)，該方法不需要建造昂貴龐大復(fù)雜的驗(yàn)潮井，可W移動(dòng)的測(cè)量任 意海面位置處的潮軟數(shù)據(jù)。
[0006] 本發(fā)明所設(shè)及的基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的測(cè)量波浪和潮軟方法包括W下步驟：
[0007] 1、采集導(dǎo)航信號(hào)修正量和輔助定位信號(hào)
[0008] 用浮標(biāo)中的差分?jǐn)?shù)據(jù)通訊模塊從北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)采集獲取導(dǎo)航信號(hào)修正量和 輔助定位信號(hào)。
[0009] 2、計(jì)算浮標(biāo)位置坐標(biāo)
[0010] 浮標(biāo)根據(jù)采集獲取到的導(dǎo)航信號(hào)修正量和輔助定位信號(hào)W及GNSS接 收機(jī)輸出的GNSS衛(wèi)星信號(hào)，執(zhí)行經(jīng)典的衛(wèi)星差分定位分析方法，計(jì)算出浮標(biāo)在 ECEF(Earth-Centered,Earth-Fixed,地屯、地固）坐標(biāo)系中的S維位置坐標(biāo)X、Y、Z，其中X 表示浮標(biāo)在ECEF坐標(biāo)系中X軸方向上的坐標(biāo)，Y表示浮標(biāo)在ECEF坐標(biāo)系中Y軸方向上的 坐標(biāo)，Z表示浮標(biāo)在ECEF坐標(biāo)系中Z軸方向上的坐標(biāo)。
[0011] 3、分離波浪信息和潮軟信息
[0012] 采用截止頻率為0.omz的高通濾波器從浮標(biāo)的=維位置坐標(biāo)X、Y、Z中分離出波 浪的=維位置坐標(biāo)Xi、Yi、Zi，其中Xi表示波浪的波面在ECEF坐標(biāo)系中X軸方向上的坐標(biāo)， Yi表示波浪的波面在ECEF坐標(biāo)系中Y軸方向上的坐標(biāo)，Z1表示波浪的波面在ECEF坐標(biāo)系 中Z軸方向上的坐標(biāo)；采用均值濾波器從浮標(biāo)的=維位置坐標(biāo)X、Y、Z中分離出潮軟的=維 位置坐標(biāo)X2、Y2、Z2,其中X2表示潮軟的潮位在ECEF坐標(biāo)系中X軸方向上的坐標(biāo)，Y2表示潮 軟的潮位在ECEF坐標(biāo)系中Y軸方向上的坐標(biāo)，Z2表示潮軟的潮位在ECEF坐標(biāo)系中Z軸方 向上的坐標(biāo)。
[0013] 4、計(jì)算波浪參數(shù)
[0014] 根據(jù)波浪的=維位置坐標(biāo)Xi、Yi、Zi，執(zhí)行經(jīng)典的海浪譜分析方法，按照經(jīng)典的波浪 理論，計(jì)算出波浪方向譜、波高、波周期、波向等波浪參數(shù)。
[001引 5、計(jì)算潮軟參數(shù)
[001引根撒朝軟的S維位置坐標(biāo)X2、Y2、&，計(jì)算潮軟參數(shù)潮高H為
其 中而、Y。、馬是潮高基準(zhǔn)面在BCEF坐標(biāo)系中的S維位置坐標(biāo)，X。是潮高基準(zhǔn)面在ECEF坐標(biāo)系中X軸方向上的坐標(biāo)，由當(dāng)?shù)睾Ｑ鬁y(cè)繪部口現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，是已知量；Y。是潮高基準(zhǔn)面在ECEF坐標(biāo) 系中Y軸方向上的坐標(biāo)，由當(dāng)?shù)睾Ｑ鬁y(cè)繪部口現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，是已知量；Z。是潮高基準(zhǔn)面在ECEF 坐標(biāo)系中Z軸方向上的坐標(biāo)，由當(dāng)?shù)睾Ｑ鬁y(cè)繪部口現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，是已知量。
[0017] 本發(fā)明所設(shè)及的基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的測(cè)量波浪和潮軟方法，采用在浮標(biāo)中 安裝一個(gè)GNSS接收機(jī)和一個(gè)差分?jǐn)?shù)據(jù)通訊模塊，不需要其他的輔助傳感器，就可W測(cè)量出 海洋中的波浪和潮軟，硬件簡(jiǎn)單，成本低，體積小，重量輕，安裝簡(jiǎn)單方便可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明設(shè)及的基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的測(cè)量波浪和潮軟方法的流程圖。
[001引 圖中標(biāo)記說(shuō)明：
[0020] S1、采集導(dǎo)航信號(hào)修正量和輔助定位信號(hào)
[0021] S2、計(jì)算浮標(biāo)位置坐標(biāo)
[0022] S3、分離波浪信息和潮軟信息
[0023] S4、計(jì)算波浪參數(shù)
[0024] S5、計(jì)算潮軟參數(shù)
【具體實(shí)施方式】
[00巧]下面結(jié)合圖1對(duì)基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的測(cè)量波浪和潮軟方法作進(jìn)一步的說(shuō)明： [0026] 首先采集導(dǎo)航信號(hào)修正量和輔助定位信號(hào)（S1)是用浮標(biāo)中安裝的差分?jǐn)?shù)據(jù)通訊 模塊從北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)采集獲取導(dǎo)航信號(hào)修正量和輔助定位信號(hào)；接著計(jì)算浮標(biāo)位置坐 標(biāo)（S2)是根據(jù)采集獲取到的導(dǎo)航信號(hào)修正量和輔助定位信號(hào)W及GNSS接收機(jī)輸出的GNSS 衛(wèi)星信號(hào)，執(zhí)行經(jīng)典的衛(wèi)星差分定位分析方法計(jì)算出浮標(biāo)在ECEF坐標(biāo)系中的=維位置坐 標(biāo)X、Y、Z;接著分離波浪信息和潮軟信息（S3)是在ECEF坐標(biāo)系中采用截止頻率為0.Omz 的高通濾波器從浮標(biāo)的=維位置坐標(biāo)X、Y、Z中分離出波浪的=維位置坐標(biāo)Xi、Yi、Zi，采用 均值濾波器從浮標(biāo)的S維位置坐標(biāo)X、Y、Z中分離出潮軟的S維位置坐標(biāo)X2、Y2、Z2;然后計(jì) 算波浪參數(shù)（S4)是根據(jù)波浪的=維位置坐標(biāo)Xi、Yi、Zi，執(zhí)行經(jīng)典的海浪譜分析方法計(jì)算 出波浪方向譜，進(jìn)而執(zhí)行經(jīng)典的波浪理論由波浪方向譜計(jì)算出海洋中的波高、波周期和波 向等波浪參數(shù)；最后計(jì)算潮軟參數(shù)（S5)是根據(jù)潮軟的=維位置坐標(biāo)X2、Y2、ZzW及由當(dāng)?shù)?海洋測(cè)繪部口現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的潮高基準(zhǔn)面在ECEF坐標(biāo)系中的=維位置坐標(biāo)X。、Y。、Z。，根據(jù)公式
計(jì)算出潮軟的潮高H。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的測(cè)量波浪和潮汐方法，其特征在于：步驟包括采集導(dǎo) 航信號(hào)修正量和輔助定位信號(hào)（SI)、計(jì)算浮標(biāo)位置坐標(biāo)（S2)、分離波浪信息和潮汐信息 (S3)、計(jì)算波浪參數(shù)（S4)、計(jì)算潮汐參數(shù)（S5);其各個(gè)步驟具體為：采集導(dǎo)航信號(hào)修正量和 輔助定位信號(hào)（SI)，用浮標(biāo)中的差分?jǐn)?shù)據(jù)通訊模塊從北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)采集獲取導(dǎo)航信號(hào) 修正量和輔助定位信號(hào)；計(jì)算浮標(biāo)位置坐標(biāo)（S2)，浮標(biāo)根據(jù)采集獲取到的導(dǎo)航信號(hào)修正量 和輔助定位信號(hào)以及GNSS接收機(jī)輸出的GNSS衛(wèi)星信號(hào)，執(zhí)行經(jīng)典的衛(wèi)星差分定位分析方 法，計(jì)算出浮標(biāo)在ECEF坐標(biāo)系中的三維位置坐標(biāo)X、Y、Z，其中X表示浮標(biāo)在ECEF坐標(biāo)系中 X軸方向上的坐標(biāo)，Y表示浮標(biāo)在ECEF坐標(biāo)系中Y軸方向上的坐標(biāo)，Z表示浮標(biāo)在ECEF坐標(biāo) 系中Z軸方向上的坐標(biāo)；分離波浪信息和潮汐信息（S3)，采用截止頻率為0.0 lHz的高通濾 波器從浮標(biāo)的三維位置坐標(biāo)X、Y、Z中分離出波浪的三維位置坐標(biāo)Yp Z1，其中X1表示波 浪的波面在ECEF坐標(biāo)系中X軸方向上的坐標(biāo)，Y1表示波浪的波面在ECEF坐標(biāo)系中Y軸方 向上的坐標(biāo)，Z 1表示波浪的波面在ECEF坐標(biāo)系中Z軸方向上的坐標(biāo)，采用均值濾波器從浮 標(biāo)的三維位置坐標(biāo)X、Y、Z中分離出潮汐的三維位置坐標(biāo)X 2、Y2、Z2，其中乂2表示潮汐的潮位 在ECEF坐標(biāo)系中X軸方向上的坐標(biāo)，Y 2表示潮汐的潮位在ECEF坐標(biāo)系中Y軸方向上的坐 標(biāo)，Z2表示潮汝的潮位在ECEF坐標(biāo)系中Z軸方向上的坐標(biāo)；計(jì)算波浪參數(shù)（S4)，根據(jù)波浪 的三維位置坐標(biāo)Xi、Z 1，執(zhí)行經(jīng)典的海浪譜分析方法，按照經(jīng)典的波浪理論，計(jì)算出波浪 方向譜、波高、波周期、波向等波浪參數(shù)；計(jì)算潮汐參數(shù)（S5)，根據(jù)潮汐的三維位置坐標(biāo)X 2、 Y2、Z2，計(jì)算潮汐參數(shù)潮高H為，其中\(zhòng)、1、2。是潮 高基準(zhǔn)面在ECEF坐標(biāo)系中的三維位置坐標(biāo)，X。是潮高基準(zhǔn)面在ECEF坐標(biāo)系中X軸方向上 的坐標(biāo)，由當(dāng)?shù)睾Ｑ鬁y(cè)繪部門現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，是已知量；γ。是潮高基準(zhǔn)面在ECEF坐標(biāo)系中γ軸方 向上的坐標(biāo)，由當(dāng)?shù)睾Ｑ鬁y(cè)繪部門現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，是已知量；Ζ。是潮高基準(zhǔn)面在ECEF坐標(biāo)系中Z 軸方向上的坐標(biāo)，由當(dāng)?shù)睾Ｑ鬁y(cè)繪部門現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，是已知量。
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的測(cè)量波浪和潮汐方法是在浮標(biāo)體中安裝一個(gè)GNSS接收機(jī)和一個(gè)差分?jǐn)?shù)據(jù)通訊模塊，浮標(biāo)根據(jù)GNSS衛(wèi)星信號(hào)以及從北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)采集獲取到的導(dǎo)航信號(hào)修正量和輔助定位信號(hào)計(jì)算浮標(biāo)的空間位置坐標(biāo)，根據(jù)浮標(biāo)的空間位置坐標(biāo)計(jì)算出海洋中波浪和潮汐信息。其測(cè)量波浪和潮汐的方法包括采集導(dǎo)航信號(hào)修正量和輔助定位信號(hào)、計(jì)算浮標(biāo)位置坐標(biāo)、分離波浪信息和潮汐信息、計(jì)算波浪參數(shù)、計(jì)算潮汐參數(shù)。本發(fā)明提出的測(cè)量海洋中波浪和潮汐的方法簡(jiǎn)單方便，波浪和潮汐的測(cè)量精度高且穩(wěn)定可靠，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】G01S19/14
【公開號(hào)】CN105182369
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510460595
【發(fā)明人】齊占輝, 張鎖平, 黨超群, 李明兵
【申請(qǐng)人】國(guó)家海洋技術(shù)中心
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年7月30日