[发明专利]一种基于GNSS测波浮标的波浪谱计算方法

说明书

本发明涉及海洋波浪方向谱计算技术领域，具体为一种基于GNSS测波浮标的波浪谱计算方法，首先海中放置GNSS漂流浮标，采集浮标位置数据；然后获得海浪的三维速度数据；再对滑窗的速度数据进行高通滤波去除噪声信号和趋势项，保留波浪运动数据；最后计算互谱、计算波浪方向谱。本发明解决了传统GNSS测量方法应用在海洋浮标测波上存在诸多限制，例如，存在观测距离有限、成本高，测算繁琐且测算精度一般，还需补正服务的问题，测算精度高，且无需额外改正服务，更加适合波浪测量。该方法中的波浪谱算法能够适应更多更复杂的观测环境，将测速算法的结果带入到配套的海浪谱算法中，算法简单且稳定。

技术领域

本发明涉及海洋波浪方向谱计算技术领域，尤其涉及一种基于GNSS测波浮标的波浪谱计算方法。

背景技术

目前市场上应用在GNSS海浪浮标上的测波基本原理主要分为两种：

一、通过精确定位直接获得浮标的位置信息。定位的主流技术包括精密单点定位，该技术需要购买高精度的卫星、轨道产品和对应的商业软件，导致成本过高，难以大规模布防；实时动态测量，但该技术依赖近地岸基的信号参考站，限制了浮标远海海测的能力。

二、先获得骑波载体的三位速度信息，然后积分获得波浪的位移。市场上还存在装载加速度计的浮标的测波方法，但该方法采样频率较低，且将速度积分成位移时，使用的是该时刻的瞬时速度，在位移计算上误差较大，导致波浪谱和海浪参数的计算不够准确。

综上所述，传统GNSS测量方法应用在海洋浮标测波上存在诸多限制，例如，存在观测距离有限、成本高，测算繁琐且测算精度一般，还需补正服务的问题，因此，需加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于GNSS测波浮标的波浪谱计算方法，解决了传统GNSS测量方法应用在海洋浮标测波上存在诸多限制，例如，存在观测距离有限、成本高，测算繁琐且测算精度一般，还需补正服务的问题，测算精度高，且无需额外改正服务，更加适合波浪测量，该方法中的波浪谱算法能够适应更多更复杂的观测环境，将测速算法的结果带入到配套的海浪谱算法中，算法简单且稳定。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于GNSS测波浮标的波浪谱计算方法，利用variometric差分定位算法，通过高频采样结果计算浮标短时间内相对位移；

包括以下步骤：

步骤一：海中放置GNSS漂流浮标，采集浮标位置数据；

步骤二：通过variometric差分定位算法获得海浪的三维速度数据；

步骤三：对预设时间M2内滑窗的速度数据进行高通滤波去除噪声信号和趋势项，保留波浪运动数据；

步骤四：利用EMLM方法计算互谱、计算波浪方向谱。

优选的，步骤二中，GNSS漂流浮标在海洋上按预设时间M1漂流，GNSS漂流浮标漂流过程中测得数据经过预处理后通过北斗或铱星通讯传递给船基或岸基基地，实现数据的实时传输处理，通过variometric差分定位算法解算获得三维速度数据。

进一步地，variometric差分定位算法为依据相邻历元的标准原始载流观测方程做差得到的差分观测方程，将多个卫星的各个历元数据代入variometric差分定位模型，采用variometric差分定位算法，得到多个需要求解三维速度的观测方程，将观测方程通过最小二乘法求得浮标的三维速度；

标准原始载流观测方程为公式（1）：

    （1）

是接收机相对于卫星的载波相位观测值；是载波波长；

是指卫星与接收器之间的伪距；

是光速；