[发明专利]全新的海浪观测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种波浪观测装置，特别是涉及一种全新的海浪观测方法及其装置。

背景技术

目前，已有的波浪监测手段很多，但都分别存在一定的缺陷：

(1)浮标波浪仪：无法在海流较强的海域使用。浮标受到锚链的束缚，测量误差较大。只能测量单点的波浪。

(2)气介式声学波浪仪：需要依托固定的安装地点，应用受到一定的限制。且安装平台往往会对波浪产生破坏。只能测量单点的波浪。

(3)坐底式水声波浪仪：在大浪情况下测量误差大，限制了其应用范围。如果要实现实时在线监测，必须牵引电缆上岸，电缆的布设和维护都十分困难。只能测量单点的波浪。

(4)压力式波浪仪：无法测量高频的波浪。如果要实现实时在线监测，必须牵引电缆上岸，电缆的布设和维护都十分困难。只能测量单点的波浪。

(5)光学波浪仪：无法在夜间使用，无法在雾天使用，大浪情况下测量误差较大。仪器测量精度受观测员经验和主观影响大，人员素质对观测结果影响很大。无法实现自动化监测。观测人员工作量大。只能测量单点的波浪。

(6)导航雷达波浪仪：价格昂贵，受降水影响严重。中到大雨的情况下无法准确测量。在我国这样的大洋西岸国家，热带风暴是最重要的海洋灾害天气，而此仪器恰好此情况下无法使用，因此应用上意义不大。

(7)地波雷达波浪仪：价格极其昂贵，虽能测量波浪，但是测量的精度尚未得到很好的验证，资料准确性并不完全可靠。

(8)微波高度计：仅能测量卫星轨道正下方一条线上的波浪的有效波高，受降水影响比导航雷达波浪仪还要严重。作为卫星遥感手段，时间和空间覆盖率都十分低，不能实现全球的连续密集观测。

(9)合成孔径雷达：价格极其昂贵。虽然是卫星遥感手段，却难以实现全球的观测。

一种习用的GPS波浪仪Oceanpal(如图1所示)是西班牙Starlab公司生产的，它是一个软件GPS接收机，由两副天线1’和前端模块2’组成。朝下的左旋极化天线11’接收海面反射波，朝上的是右旋极化天线12’接收直达波。前端输出16MHz中频数据流。观测数据送入计算机并用软件处理。软件部分完成对GPS信号的捕获、跟踪，跟踪包括粗跟踪，频率间隔100Hz，和细跟踪频率间隔2Hz两部分。当信号锁定以后，接收机利用接收到的四颗以上卫星信号，进行定位并给出反射信号的仰角和方位角，生成0级数据。它包含了直达波和反射波的复数相关波形，以及定位数据。0级数据被存储在计算机内，脱机处理。从0级数据计算得到海面有效波高(SWH)和海面平均高度。Oceanpal波浪仪采用软件接收机处理方式，具有灵活性特点。但是，这种接收机不能够连续工作，即该仪器观测一分钟以后，停止观测和开始用计算机软件对观测结果处理，得到0级数据。数据处理一般需要1-3分钟处理时间，待生成0级数据和写入一个文件以后，再进行下一次的波浪观测。其次，Oceanpal波浪仪是接收GPS的C/A码信号，采用相干处理计算SWH的。C/A码的测量精度是GPS定位方式中最差的。因此，这种仪器不足之处是，不能够提供连续观测数据和精度受到限制。

发明内容

本发明的一个目的就是提供一种能够连续输出波高和波周期、精度高、低功耗、非接触、便于安装和维护、具有全天候工作能力的全新的海浪观测装置。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种全新的海浪观测装置，它包括两副天线、两路GNSS接收机、基带处理器、数据处理和控制装置；两副天线分别为接收右旋极化直达波的右旋天线和接收经过海面反射的左旋极化反射波的左旋天线，该右旋天线和左旋天线分别连接两路可对高频信号进行滤波、放大、混频和IF模拟信号采用GNSS的接收机前端，GNSS接收机输出端连接可对接收信号的捕获、跟踪和定位计算的基带处理器的输入端，基带处理器通过USB接口连接数据处理和控制装置。

所述的基带处理器包括基带处理芯片ATR0621。

所述的GNSS接收机包括低噪声放大器、梳状滤波器、RF集成电路；所述的低噪声放大器的输出端连接梳状滤波器的输入端，梳状滤波器的输出端连接RF集成电路芯片的输入端；所述的低噪声放大器采用ATR0610芯片，RF集成电路芯片采用ATR0601芯片。

所述的天线采用0相位中心的高精度测量天线，低噪声增益加天线增益共28db。

采用上述方案后，本发明具有以下优点：