[发明专利]一种GNSS海面大地高测量浮标

说明书

技术领域

本发明涉及海洋测量仪器，特别涉及用于高度计海面高度定标的海面大地高测量浮标。

背景技术

近20年来，卫星高度计以其高精度和高性能在海洋研究方面做出了巨大贡献，在海洋动力环境观测方面得到了广泛的应用，如大洋环流、海洋潮汐、中尺度涡旋、上升流、锋面和大地水准面与重力异常等方面的应用。为了保证高度计测量的准确性，需要对高度计观测结果进行绝对偏差定标和长期漂移定标。

高度计定标主要是利用现场测量星下点的大地高与高度计的海平面高度数据进行对比，计算二者之间的偏差和漂移。通常使用GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球导航卫星系统)海面大地高测量浮标进行高度计海面高度定标。高度计海面高度定标的方法：将GNSS浮标布放在近海区域，静态GNSS基站布设在岸边，分别采集GNSS卫星数据，通过静态解算得到的岸基GNSS基站绝对坐标，并对GNSS浮标进行载波相位差分动态后处理，得到浮标大地高，最后根据浮标天线高获取海面大地高，对高度计海面高度结果进行定标。其中，浮标大地高为浮标天线参考点的大地高，浮标天线高为海平面到浮标天线参考点的高度，浮标大地高减去浮标天线高即海面大地高。

GNSS海面大地高测量浮标是高度计定标过程中的主要设备，但现有GNSS海面大地高测量浮标大多将GNSS天线安装在现有浮体上，而这些浮体没有进行稳定性设计，不同的形制会带来各种缺陷。

其中，将GNSS天线安装在救生圈等简易浮体上，其浮体结构为单浮体，体积较小，GNSS天线通常会贴近海平面，极易受到恶劣海况中波浪、海流等复杂条件的影响，造成GNSS信号失锁，并使大量的海面反射杂散信号进入天线，造成严重的多路径效应；而应用的球形、圆柱形、桶状等单浮体浮标，没有进行专门的姿态稳定性设计，在海洋波浪、海流等复杂条件下摇晃剧烈，容易造成GNSS信号失锁，并使大量的海面反射杂散信号进入天线，造成严重的多路径效应。GNSS信号失锁会造成数据缺失和多路径效应，会使后期数据解算过程中出现周跳、重新初始化等，解算结果缺失和解算精度下降将无法获取精确地海面大地高。

还有，安装GNSS天线的部分浮标采用现有中、大型浮标，为保证GNSS天线不受遮挡而安装在最高处，这就造成GNSS浮标天线高难以准确测量，同时浮标摇摆过程中天线高变化过于剧烈，造成天线高误差较大。同时由于缺少进行姿态测量的传感器，无法准确获取浮标姿态，影响天线高测量精度，从而导致由GNSS浮标大地高计算海面大地高时存在较大误差。

发明内容

针对现有GNSS海面大地高测量浮标影响海面大地高精确测量的问题，本发明推出一种新式结构的GNSS海面大地高测量浮标，其目的在于，将浮标天线和仪器舱安装在三个浮球支撑的三角支架的中央，增进浮标的稳定性，减少海面反射杂散信号进入天线，避免GNSS信号失锁，提高海面大地高测量精确度。

本发明涉及的GNSS海面大地高测量浮标包括三角支架、浮球、GNSS天线和仪器舱。仪器舱位于三角支架中央，三角支架连接浮球，GNSS天线固定在仪器舱上部的密封舱盖上，GNSS天线上安装天线罩。

三角支架为等边三角形结构，三个角的顶尖分别连接一个浮球。三角支架采用不锈钢材质，并涂有防锈漆。

浮球为实心轻质球体，三个浮球的形状和材质相同。浮球中央有贯穿的圆孔，三角支架顶角伸出的支杆穿过浮球中央的圆孔，浮球固定在三角支架的支杆上。浮球内部填充超低吸水率、耐腐蚀的弹性泡沫，外表面喷涂聚脲弹性材料，使浮球具有良好的抗挤压和撞击能力。

仪器舱为圆筒结构，位于三角支架下方并固定在三角支架上。仪器舱顶面设置密封舱盖，仪器舱内设置电源、GNSS接收机和姿态传感器。电源和GNSS接收机固定在仪器舱侧壁的不锈钢框架上，姿态传感器固定在密封舱盖上。整个仪器舱的布置保持对称，保证浮标重心居中，在水中不会发生倾斜。

电源为磷酸铁锂电池的蓄电池电源，设置在仪器舱内的底部。通过电池配重降低浮标的重心和保证浮标重心位于海面以下。

姿态传感器为内置三轴陀螺仪与三轴加速度计的惯性测量系统，可以采集浮标摇摆和升沉信息。姿态传感器固定在仪器舱上部的密封舱盖上。

天线罩呈半圆形，由透波材料制成，通过螺丝直接固定在GNSS天线上。GNSS天线通过同轴电缆与仪器舱内的GNSS接收机连接。