[发明专利]用于测量二维海面高度的毯载GNSS浮标及测量方法

权利要求书

1.一种基于毯载GNSS浮标的二维海面高度测量方法，该毯载GNSS浮标包括主体浮毯（3），所述浮毯（3）固定于橡皮船（5）上，所述橡皮船（5）内搭载GNSS接收机（7）、无线电通信模块（8）、单片机控制处理单元（9）和供电单元（10）；所述浮毯（3）上固定有GNSS天线（2），并通过天线线缆（4）与所述GNSS接收机（7）连接；所述浮毯（3）上固定有GNSS天线（2），通过四脚万向支架（1）固定在浮毯的四块浮力模块上，以保持GNSS天线（2）始终水平，并通过天线线缆（4）与所述GNSS接收机连接；所述GNSS接收机（7）输入端与GNSS天线（2）相连接，输出端与单片机控制处理单元（9）相连接；所述单片机控制处理单元用来处理接收的GNSS数据和上位机指令，能够进行数据存储和浮标传输配置；所述无线电通信模块用于信息传输，包括将单片机控制处理单元解析后的数据按照通信协议传输给上位机，将上位机指令传输给单片机控制处理单元对GNSS浮标进行相应设置，通信协议包括：头报文、信息长度、信息标识、当前条数、信息内容、校验和尾报文；其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：利用GNSS天线获取GNSS浮标的GNSS卫星信号，获得一维剖面海面高度数据；

S2：进行多个剖面海面高度的观测，对其进行潮汐校正，再运用最优插值算法绘制二维海面高度；

所述S1具体为：

利用GNSS天线获取GNSS浮标的GNSS卫星信号；

GNSS接收机根据卫星信号，获得浮标GNSS天线位置的位置信息和高程信息；

测量浮毯的吃水深度H_dra和GNSS天线距离浮毯底面之间的距离；

GNSS天线浮毯的吃水深度：

(1)

式中，H_dra为GNSS天线浮毯的吃水深度，G为四块浮力模块、四脚万向支架以及GNSS天线的总重力，ρ为所处海域的海水密度，g为重力加速度，S为四块浮力模块的表面积；

由于浮毯与海面的高度耦合，足够稳定来保证GNSS天线水平，校准后的海面高度为：

(2)

式中，H_ant为GNSS接收天线参考点的高度；

最终能够获得一维剖面海面高度数；

所述S2中，运用最优插值算法绘制二维海面高度，公式如下所示：

(3)

式中是观测值，A为观测值自身的协方差矩阵，C为观测值与待估场之间的协方差矩阵，两者的计算公式如下：

(4)

(5)

F是空间相关函数，相关函数采用的是高斯函数，其公式为：

(6)

式中(∆x,∆y)是两点之间的空间差异，在公式(4)中为X_i和X_j，在公式(5)中为X和X_i，其中R为空间相关距离。