[发明专利]近海波浪参数立体实时监测系统

说明书

技术领域

本发明属于海洋监测系统装置，具体涉及海洋环境监测、波浪测量、信号与信息处理、通信与信息系统、雷达技术、GPS技术。具体讲是近海波浪参数立体实时监测系统。

背景技术

海洋开发是一个具有战略意义的领域。随着海洋技术的发展和人们对海洋资源的不断开发，对海浪参数的监测就显得尤为重要。但我国海洋技术和海洋监测技术比较的落后，许多海洋观测站提供的海浪数据还是基于观测员的目测与科技的快速发展不相适应。而且由于海域的不同，采用进口设备在我国使用效果很不理想。

在对近海岸海浪的监测多采用波浪浮标。波浪浮标可以无人值守、自动、定点、连续地对有效波高、波向、波周期、波速等海洋参数进行遥测，可以说是对连续波浪测量的唯一可靠来源。国外有荷兰的“波浪骑士”，还有加拿大的“Watchkeeper”等波浪浮标但其测量效果在国内使用精度不高。波浪浮标一般有两种，一种是以加速度计为传感器；一种是以GPS为传感器。在不同的海域和海况下，两者的测量有所不同。由于波浪浮标无人值守，波浪浮标由锚系系统固定于海底，所以波浪浮标一般不适用于深海和距离海岸太远的区域。波浪数据的测量不仅可以提供实时的波浪数据，对海岸或海洋中相关的一些活动提供有利的帮助，而且可以用来建立波浪数据库来预测未来海洋上发生的事件。而德国则利用X-波段导航雷达初步实现了基于深海、充分成长的海浪条件下有效波高、波向、波周期、波速的预测，以及海流表层流流速和流向的粗略预测，研制出WaMosII系统。由于我国海岸线较长，海洋资源丰富，所以对我国近海波浪参数监测尤为重要。如何立体多方位、实时、准确的监测，并通过采用各种测量方法扬长避短实现精确测量，这是实现此项发明的难点和重点所在。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种近海波浪参数立体实时监测系统，减少噪声的干扰，为监测近海波浪参数提供一种必要的手段和可靠的保障。为此，本发明采用的技术方案是，近海波浪参数立体实时监测系统，由波浪浮标、导航雷达、岸上接收系统、计算机、显示器组成，

波浪浮标用于采集所在位置的海浪信息，将海浪信息通过射频发射出去，所述波浪浮标包括GPS传感器测波单元和加速度传感器测波单元；

岸上接收系统用于接收波浪浮标的海浪信息，并传送到计算机；

计算机用于数据处理、数值分析，对导航雷达、波浪浮标的GPS传感器测波单元和波浪浮标的加速度传感器测波单元采集的信息进行互补校正和统计处理，得到海浪的动态参数并将其动态参数在显示器中显示出来。

波浪浮标包括：

GPS接收机用于得到3个笛卡尔坐标(x，y，z)；X、Y、Z三个方向的加速度传感器用于测出波浪浮标的三个方向的加速度a1、a2、a3；横摇传感器、纵摇传感器、艏摇传感器用于采集出浮标体3个姿态角r1、r2、r3；高频发射系统用于将3个笛卡尔坐标(x，y，z)，三个方向的加速度a1、a2、a3，3个姿态角r1、r2、r3，以电磁波的形式发射到海岸上，由岸上接收系统来接收，然后传送给计算机。

计算机用于数据处理、数值分析，对导航雷达采集的信息I₁、波浪浮标的GPS传感器测波单元采集的信息I₂和波浪浮标的加速度传感器测波单元采集的信息I₃进行互补校正和统计处理，由可得到经过校正的海洋信息，并且满足根据海域和海况的不同，的最佳值由海域和海况而具体确定；

计算机对于波浪浮标的加速度传感器测波单元，对竖直方向的重力加速度a1进行两次积分计算出波浪的有效波高H2，用FIR数字滤波器滤除干扰信号，进行中心化处理，即分段取零线，每段数据做一次FFT变换，对于每段，计算出方差值，乘以cos²因子，再计算方差值去掉平均值，利用FFT把每个区段的计算结果转换成频域的方差，计算每段区段的核心值，可计算出功率谱，由功率谱可计算出海浪的谱矩，海浪的平均高度MH2和平均周期MT2可由零阶谱矩和二阶谱矩估计出来，由水平方向，包括X、Y方向，加速度可计算出水平方向上的位移，通过估计浮标本身竖直位移和水平位移的两个分量三个序列的交叉谱来估计海浪的方向谱S2；