[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

说明书

本发明公开了一种用于测量二维海面高度的毯载GNSS浮标及测量方法，属于海洋观测技术领域，包括浮标主体浮毯，所述浮毯固定于橡皮船上，所述橡皮船内搭载GNSS接收机、无限电通信模块、单片机控制处理单元和供电单元；所述浮毯上固定有GNSS天线，并通过天线线缆与所述GNSS接收机连接。所述毯载GNSS浮标还包括牵引绳，其系于所述橡皮船上，另一端固定于船上，用于拖拽橡皮船，进而使得浮毯运动。本发明为一维剖面海面高度提供了一种新的获取方式，提供了高精度海面地形数据；解决了高精度海面拓扑地形难以通过现场观测设备进行高分重构的技术难题。

技术领域

本发明属于海洋观测技术领域，具体涉及一种用于测量二维海面高度的毯载GNSS浮标及测量方法。

背景技术

随着GNSS技术的发展，基于GNSS的浮标测量设备逐步成熟，在海面高度测量和高度计定标方面取得重要应用。现有的GNSS浮标设备主要为自由漂浮、系泊或锚泊方式，存在只能进行点位海面高程测量的局限；并且由于本身质量负载变化、水密度变化等影响，难以持续估计和监测GNSS天线高于海面高度。虽然现在有些浮标能够通过声学高度计或雷达高度计来获取天线到海面的高度，但这不仅增加了成本和后期的处理工作，并且这两种高度计也都对环境有着较高的要求。此外，传统GNSS浮标只能进行点位测量，高精度海面拓扑地形难以通过现场观测设备进行高分重构。

因此，为了克服传统GNSS浮标的缺陷，为海洋研究提供更加准确可靠的海面高度测量结果，亟需研制新型海上毯载浮标，并完善测量方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测量二维海面高度的毯载GNSS浮标及其测量方法，以弥补现有技术的不足。

本发明基于“海藻”的结构以及与海面高度耦合的特性，设计浮毯搭载GNSS天线，并将控制系统和供电系统等安装在充气船上来降低浮毯的搭载重量；本发明确保浮毯能足够稳定以保持其GNSS天线水平，既保证了良好的信号质量又降低了天线到海面的高度误差处理工作。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于测量二维海面高度的毯载GNSS浮标，包括浮标主体-浮毯，所述浮毯固定于橡皮船上，所述橡皮船内搭载GNSS接收机、无限电通信模块、单片机控制处理单元和供电单元；所述浮毯上固定有GNSS天线，并通过天线线缆与所述GNSS接收机连接。所述毯载GNSS浮标还包括牵引绳，其系于所述橡皮船上，另一端固定于船上，用于拖拽橡皮船，进而使得浮毯运动。

进一步的，所述浮毯为由多块浮力模块组成毯状，以保证浮毯能够紧贴海面，准确地跟随海浪而不额外的运动；所述浮力模块是由EVA泡沫材料拼成的整块浮毯，具体是120块EVA泡沫材料通过布料等拼成一个整块浮毯。

进一步的，所述浮毯上固定有GNSS天线，通过四脚万向支架固定在浮毯的四块浮力模块上，以保持GNSS天线始终水平，并通过天线线缆与所述GNSS接收机连接；所述GNSS接收机输入端与GNSS天线相连接，输出端与单片机控制处理单元相连接；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等；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以16进制格式传输给上位机，将上位机指令传输给单片机控制处理系统对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、校验和以及尾报文。

基于上述测量二维海面高度的毯载GNSS浮标的二维海面高度测量方法，该方法包括以下步骤：

S1：获得高精度一维剖面海面高度数据：

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h；