[发明专利]利用GNSS测高浮标确定波浪参数的方法

说明书

本发明涉及一种利用GNSS测高浮标确定波浪参数的方法，属于海洋波浪参数提取技术领域。本发明包括如下步骤：在近岸锚系GNSS浮标观测，同时记录下锚系点原始坐标；获得海面高度SSH以及平面位置信息；进行SSH的高通滤波得到相对海面高SSE；通过三倍中误差的粗差探测方法检测SSE的系统粗差；按照四倍标准差算法从剔除粗差后的SSE计算有效波高SWH；对SSE进行功率谱计算，并计算方差守恒的功率谱；计算海浪谱的峰值，得到能量峰值处对应的波浪周期；利用深水频散关系计算得到海浪波长；对GNSS测高浮标记录的平面坐标和锚系点的原始坐标进行差分，计算空间向量，计算得到海浪传播方向。本发明运用于海洋波浪参数提取场合。

技术领域

本发明涉及一种利用GNSS测高浮标确定波浪参数的方法，属于海洋波浪参数提取技术领域。

背景技术

海浪信息是海洋观测的重要内容，现在我国的海洋观测主要通过锚系的波浪浮标开展，例如现在配置在各个海洋站的SBF3-2型波浪浮标，可以每小时记录一次海浪的SWH、周期和波向等信息，为我国沿海的海洋预报提供了重要支撑。还有一种技术为声学测波仪，例如LPB1-2型声学测波仪，该仪器设备安置在海底，通过发射声学信号到海面可观测波高和周期信息，但无法记录波向信息，其观测时间频率、精度等和SBF3-2型波浪浮标基本一致。目前的主要海浪观测设备和技术尽管已经提供了SWH、周期、波向等参数，但在时间分辨率、观测精度等方面均偏低，且无法实现海浪谱的分析。

但现有技术的主要不足是：1)时间分辨率低；2)SWH的观测精度为分米，对于弱海浪信号的观测精度不够；3)无法观测海浪谱信息，无法分离不同周期海浪；4)无法记录长周期涌浪；5)无主波波长观测。这些技术不足对海浪科学研究、精细化预报有一定的限制。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种利用GNSS测高浮标确定波浪参数的方法。

本发明所述的利用GNSS测高浮标确定波浪参数的方法，包括如下步骤：

S1：在近岸锚系GNSS浮标观测，同时记录下锚系点原始坐标(x₀，y₀)；

S2：通过差分PPK技术处理GNSS资料，获得cm级精度的三维坐标信息，包含海面高度SSH以及平面位置(x_i，y_i)信息，其中差分PPK技术处理技术包括如下小步：

S21：高精度GNSS数据处理中常用基于载波相位的双差观测组合，其线性观测方程为：

式中：i、j表示两个不同测站，p、q表示两颗不同卫星，为t时刻的双差观测值，分别表示二次差分后的整周模糊度、电离层及对流层延迟残差；

S22：考虑参考站和GNSS浮标之间三维定位误差在短距离内的空间相关性，采用差分定位技术获得GNSS浮标精确的三维坐标：

式中：为GNSS浮标起始相位模糊度；为GNSS浮标起始历元至观测历元的相位整周数；为GNSS浮标相位观测的小数部分；dρ为同一观测历元各项残差；

S3：进行SSH的高通滤波剔除潮汐信号，得到相对海面高SSE，设置高通滤波截断长度不低于两倍的最短海浪周期；

S4：通过三倍中误差的粗差探测方法检测高通滤波后SSE的系统粗差，剔除异常值；

S5：按照四倍标准差算法，从高通滤波和剔除粗差后的SSE计算有效波高SWH，包括如下小步：

S51：设置单位时间窗口为5分钟，叠加时间长度为2.5分钟，即单位时间长度的一半；

S52：计算单位时间窗口内的标准差σ，并按照叠加时间长度的步长在全部时间范围内进行计算标准差σ；