基于北斗地基增強系統的測量波浪和潮汐方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及海洋測量技術，特別是設及利用北斗地基增強系統進行海洋波浪和潮 軟測量的方法。
【背景技術】
[0002] 海洋波浪數據和潮軟數據是重要的海洋環境觀測要素，海洋波浪和潮軟的精細化 觀測和預報對防災減災和災后評估具有十分重要的意義，我國對波浪測量儀器和潮軟測量 儀器有著巨大的需求。
[0003] 傳統的潮軟測量方法需要建造驗潮井，驗潮井是建造在海中的專用建筑物，需要 選擇水文地理條件俱佳且便于海上施工的水中位置進行建造，采用鋼筋混凝±、鋼管、硬質 塑料管、玻璃鋼和鑄鐵管等大批量材料，驗潮井體積龐大，建造復雜麻煩；傳統潮軟測量方 法耗費人力、物力、財力很大，且只能測量驗潮井固定位置處的潮軟，不能移動測量其他位 置的潮軟數據。
[0004] 傳統的測波浮標內部安裝有加速度傳感器，利用重力加速度的原理測量波浪，加 速度數據經過兩次積分運算得到波浪數據，加速度數據中的噪聲誤差數據同樣也經過兩次 積分累積混加到波浪數據中，使波浪數據的測量誤差變大，測量精度降低。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術方法所存在的問題，本發明提出一種利用北斗地基增強系統測量 海洋中波浪和潮軟的方法。其目的在于通過在浮標中安裝一個GNSS(Global化vigation Satellite System,全球導航衛星系統）接收機和一個差分數據通訊模塊，浮標根據GNSS 衛星信號W及從北斗地基增強系統采集獲取到的導航信號修正量和輔助定位信號，計算出 浮標的=維位置坐標，根據浮標的=維位置坐標計算出波浪參數和潮軟參數。該方法直接 使用波浪的波面高度測量波浪，不存在噪聲誤差數據的兩次積分累積使波浪數據誤差變 大、精度降低的情況；同時，該方法不需要建造昂貴龐大復雜的驗潮井，可W移動的測量任 意海面位置處的潮軟數據。
[0006] 本發明所設及的基于北斗地基增強系統的測量波浪和潮軟方法包括W下步驟：
[0007] 1、采集導航信號修正量和輔助定位信號
[0008] 用浮標中的差分數據通訊模塊從北斗地基增強系統采集獲取導航信號修正量和 輔助定位信號。
[0009] 2、計算浮標位置坐標
[0010] 浮標根據采集獲取到的導航信號修正量和輔助定位信號W及GNSS接 收機輸出的GNSS衛星信號，執行經典的衛星差分定位分析方法，計算出浮標在 ECEF(Earth-Centered,Earth-Fixed,地屯、地固）坐標系中的S維位置坐標X、Y、Z，其中X 表示浮標在ECEF坐標系中X軸方向上的坐標，Y表示浮標在ECEF坐標系中Y軸方向上的 坐標，Z表示浮標在ECEF坐標系中Z軸方向上的坐標。
[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的=維位置坐標X、Y、Z中分離出波 浪的=維位置坐標Xi、Yi、Zi，其中Xi表示波浪的波面在ECEF坐標系中X軸方向上的坐標， Yi表示波浪的波面在ECEF坐標系中Y軸方向上的坐標，Z1表示波浪的波面在ECEF坐標系 中Z軸方向上的坐標；采用均值濾波器從浮標的=維位置坐標X、Y、Z中分離出潮軟的=維 位置坐標X2、Y2、Z2,其中X2表示潮軟的潮位在ECEF坐標系中X軸方向上的坐標，Y2表示潮 軟的潮位在ECEF坐標系中Y軸方向上的坐標，Z2表示潮軟的潮位在ECEF坐標系中Z軸方 向上的坐標。
[0013] 4、計算波浪參數
[0014] 根據波浪的=維位置坐標Xi、Yi、Zi，執行經典的海浪譜分析方法，按照經典的波浪 理論，計算出波浪方向譜、波高、波周期、波向等波浪參數。
[001引 5、計算潮軟參數
[001引根撒朝軟的S維位置坐標X2、Y2、&，計算潮軟參數潮高H為
其 中而、Y。、馬是潮高基準面在BCEF坐標系中的S維位置坐標，X。是潮高基準面在ECEF坐標系中X軸方向上的坐標，由當地海洋測繪部口現場測定，是已知量；Y。是潮高基準面在ECEF坐標 系中Y軸方向上的坐標，由當地海洋測繪部口現場測定，是已知量；Z。是潮高基準面在ECEF 坐標系中Z軸方向上的坐標，由當地海洋測繪部口現場測定，是已知量。
[0017] 本發明所設及的基于北斗地基增強系統的測量波浪和潮軟方法，采用在浮標中 安裝一個GNSS接收機和一個差分數據通訊模塊，不需要其他的輔助傳感器，就可W測量出 海洋中的波浪和潮軟，硬件簡單，成本低，體積小，重量輕，安裝簡單方便可靠。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明設及的基于北斗地基增強系統的測量波浪和潮軟方法的流程圖。
[001引 圖中標記說明：
[0020] S1、采集導航信號修正量和輔助定位信號
[0021] S2、計算浮標位置坐標
[0022] S3、分離波浪信息和潮軟信息
[0023] S4、計算波浪參數
[0024] S5、計算潮軟參數
【具體實施方式】
[00巧]下面結合圖1對基于北斗地基增強系統的測量波浪和潮軟方法作進一步的說明： [0026] 首先采集導航信號修正量和輔助定位信號（S1)是用浮標中安裝的差分數據通訊 模塊從北斗地基增強系統采集獲取導航信號修正量和輔助定位信號；接著計算浮標位置坐 標（S2)是根據采集獲取到的導航信號修正量和輔助定位信號W及GNSS接收機輸出的GNSS 衛星信號，執行經典的衛星差分定位分析方法計算出浮標在ECEF坐標系中的=維位置坐 標X、Y、Z;接著分離波浪信息和潮軟信息（S3)是在ECEF坐標系中采用截止頻率為0.Omz 的高通濾波器從浮標的=維位置坐標X、Y、Z中分離出波浪的=維位置坐標Xi、Yi、Zi，采用 均值濾波器從浮標的S維位置坐標X、Y、Z中分離出潮軟的S維位置坐標X2、Y2、Z2;然后計 算波浪參數（S4)是根據波浪的=維位置坐標Xi、Yi、Zi，執行經典的海浪譜分析方法計算 出波浪方向譜，進而執行經典的波浪理論由波浪方向譜計算出海洋中的波高、波周期和波 向等波浪參數；最后計算潮軟參數（S5)是根據潮軟的=維位置坐標X2、Y2、ZzW及由當地 海洋測繪部口現場測定的潮高基準面在ECEF坐標系中的=維位置坐標X。、Y。、Z。，根據公式
計算出潮軟的潮高H。
【主權項】
1. 一種基于北斗地基增強系統的測量波浪和潮汐方法，其特征在于：步驟包括采集導 航信號修正量和輔助定位信號（SI)、計算浮標位置坐標（S2)、分離波浪信息和潮汐信息 (S3)、計算波浪參數（S4)、計算潮汐參數（S5);其各個步驟具體為：采集導航信號修正量和 輔助定位信號（SI)，用浮標中的差分數據通訊模塊從北斗地基增強系統采集獲取導航信號 修正量和輔助定位信號；計算浮標位置坐標（S2)，浮標根據采集獲取到的導航信號修正量 和輔助定位信號以及GNSS接收機輸出的GNSS衛星信號，執行經典的衛星差分定位分析方 法，計算出浮標在ECEF坐標系中的三維位置坐標X、Y、Z，其中X表示浮標在ECEF坐標系中 X軸方向上的坐標，Y表示浮標在ECEF坐標系中Y軸方向上的坐標，Z表示浮標在ECEF坐標 系中Z軸方向上的坐標；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 波器從浮標的三維位置坐標X、Y、Z中分離出波浪的三維位置坐標Yp Z1，其中X1表示波 浪的波面在ECEF坐標系中X軸方向上的坐標，Y1表示波浪的波面在ECEF坐標系中Y軸方 向上的坐標，Z 1表示波浪的波面在ECEF坐標系中Z軸方向上的坐標，采用均值濾波器從浮 標的三維位置坐標X、Y、Z中分離出潮汐的三維位置坐標X 2、Y2、Z2，其中乂2表示潮汐的潮位 在ECEF坐標系中X軸方向上的坐標，Y 2表示潮汐的潮位在ECEF坐標系中Y軸方向上的坐 標，Z2表示潮汝的潮位在ECEF坐標系中Z軸方向上的坐標；計算波浪參數（S4)，根據波浪 的三維位置坐標Xi、Z 1，執行經典的海浪譜分析方法，按照經典的波浪理論，計算出波浪 方向譜、波高、波周期、波向等波浪參數；計算潮汐參數（S5)，根據潮汐的三維位置坐標X 2、 Y2、Z2，計算潮汐參數潮高H為，其中\、1、2。是潮 高基準面在ECEF坐標系中的三維位置坐標，X。是潮高基準面在ECEF坐標系中X軸方向上 的坐標，由當地海洋測繪部門現場測定，是已知量；γ。是潮高基準面在ECEF坐標系中γ軸方 向上的坐標，由當地海洋測繪部門現場測定，是已知量；Ζ。是潮高基準面在ECEF坐標系中Z 軸方向上的坐標，由當地海洋測繪部門現場測定，是已知量。
【專利摘要】本發明公開的一種基于北斗地基增強系統的測量波浪和潮汐方法是在浮標體中安裝一個GNSS接收機和一個差分數據通訊模塊，浮標根據GNSS衛星信號以及從北斗地基增強系統采集獲取到的導航信號修正量和輔助定位信號計算浮標的空間位置坐標，根據浮標的空間位置坐標計算出海洋中波浪和潮汐信息。其測量波浪和潮汐的方法包括采集導航信號修正量和輔助定位信號、計算浮標位置坐標、分離波浪信息和潮汐信息、計算波浪參數、計算潮汐參數。本發明提出的測量海洋中波浪和潮汐的方法簡單方便，波浪和潮汐的測量精度高且穩定可靠，具有非常廣闊的應用前景。
【IPC分類】G01S19/14
【公開號】CN105182369
【申請號】CN201510460595
【發明人】齊占輝, 張鎖平, 黨超群, 李明兵
【申請人】國家海洋技術中心
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年7月30日