GNSS浮标测量结果的改正方法技术

本发明专利技术涉及海洋波浪参数提取技术领域，具体涉及一种GNSS浮标测量结果的改正方法，海面上布设GNSS浮标，浮标安置有GNSS接收机，包括以下步骤：步骤一：GNSS接收机采集GNSS数据；步骤二：基于GNSS数据计算导出多普勒观测值；步骤三：基于导出多普勒观测值，计算浮标的速度；步骤四：对浮标高程方向的速度进行数值积分，获得观测海面处的海面高度SSH；步骤五：对SSH采用高通滤波剔除潮汐信号，得到相对海面高度SSE；步骤六：基于海面高度SSE计算有效波高SWH；步骤七：对上述数据进行改正；步骤八：进行比较验证，可以实现对利用载波相位导出多普勒方法解算所得的海洋波浪参数进行改正，使高精度、低成本、实时获取海洋波浪参数成为可能。实时获取海洋波浪参数成为可能。

【技术实现步骤摘要】
GNSS浮标测量结果的改正方法


[0001]本专利技术涉及海洋波浪参数提取
，具体涉及一种GNSS浮标测量结果的改正方法。

技术介绍

[0002]潮汐和海浪对于海洋防灾减灾、科学研究、海上活动等有重要意义，在全球加速变暖的背景下，对沿海居民的生产生活影响更加显著。因此潮汐和波浪的精确测量和描述意义重大，已经成为我国海洋站的重要业务化观测内容，也是许多海洋科研机构以及海洋开发单位的重点观测目标。全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)浮标是一种伴随卫星导航定位发展而诞生的测量装备，自上世纪九十年代开始首先应用于卫星高度计的海上定标工作，并发展为一种既可以测量潮汐信号又可以同步测量波浪信息的新型仪器。其主要特点是布放灵活，可以满足远海无海洋站情况下的潮汐和波浪测量，且测量成本较传统方法低。然而，目前国内外对GNSS浮标的数据处理大多使用实时动态定位(Real
‑
Time Kinematic，RTK)或后处理动态定位(Post
‑
Processed Kinematic，PPK)、精密单点定位(Precise Point Positioning，PPP)等方法。这些方法虽然精度较高，但都有其不足。RTK和PPK方法属于相对定位模式，需要在岸边架设参考站与GNSS浮标进行同步测量，并且二者之间的距离一般不能超过20km，否则成果精度将受到较大影响。这使得RTK、PPK技术不能应用于远海测量。PPP技术为绝对定位模式，不依赖参考站，可以布设在远海。但PPP模式需要输入由国际GNSS服务(International GNSS Service，IGS)发布的精密卫星轨道和钟差产品，而该产品的公布一般有数天的延迟。因此PPP模式一般只能以后处理的方式进行，无法实现实时解算。使用载波相位导出多普勒对GNSS进行数据处理，从而测量浮标的速度，进而基于浮标速度提取海面波浪信息，是一项新兴的技术。该技术可以使用低成本的GNSS接收机，在不依赖参考站、无需外部数据输入情况下，实时解算得到海面波浪信息。相比RTK、PPK和PPP模式，可以实现远海部署，并且在时间成本、经济成本、算法复杂度等方面具有显著的优势。
[0003]然而，由于导出多普勒自身的特点，由该技术计算得到的海洋观测结果与传统方法(即RTK、PPK和PPP)所得结果不一致，二者之间存在较明显的系统误差，若不对其导出多普勒方法的解算结果进行改正，则难以获得精确的海洋波浪参数。本专利为一种对GNSS测波浮标使用导出多普勒技术解算结果的改正方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种GNSS浮标测量结果的改正方法。
[0005]本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为：GNSS浮标测量结果的改正方法，海面上布设GNSS浮标，浮标安置有GNSS接收机，包括以下步骤：
[0006]步骤一：GNSS接收机采集GNSS数据；
[0007]步骤二：基于GNSS数据计算导出多普勒观测值；
[0008]步骤三：基于导出多普勒观测值，计算浮标的速度；
[0009]步骤四：对浮标高程方向的速度进行数值积分，获得观测海面处的海面高度SSH；
[0010]步骤五：对SSH采用高通滤波剔除潮汐信号，得到相对海面高度SSE；
[0011]步骤六：基于海面高度SSE计算有效波高SWH；
[0012]步骤七：对上述数据进行改正；
[0013]步骤八：进行比较验证。
[0014]所述步骤二中，接收机在t时刻的导出多普勒测量值的计算公式如下：
[0015][0016]式(1)中，为接收机在t时刻的导出多普勒测量值，为接收机在L
i
频点上对卫星s在t时刻的载波相位测量值，t1、t2、t3表示三个相邻的观测历元，t1＜t2＜t3，Δt为接收机观测数据的采样间隔(即相邻两个观测历元的时间差)。
[0017]所述步骤三中，包括以下子步骤：
[0018]3‑
1：基于多普勒观测方程确定待估参数x；
[0019]3‑
2：确定待估参数x的最佳估值；
[0020]3‑
3：粗差探测和剔除。
[0021]所述步骤3
‑
3中，粗差探测公式为：
[0022][0023]式中，表示i历元的浮标速度，Z为粗差探测的指标，表示由导出多普勒计算的速度序列的中位数，表示其四分位距对每一个历元的速度对应的Z值进行检验，超出阈值的Z值对应的速度被视为粗差。
[0024]所述步骤六中包括以下子步骤：
[0025]6‑
1：设置单位时间窗口为a分钟，叠加时间长度为a/2分钟；
[0026]6‑
2：计算单位时间窗口内的标准差σ
SSE
，按照四倍标准差，计算得到SWH时间序列，其计算公式如下：
[0027]SWH＝4
×
σ
SSE
。
[0028]所述步骤七中基于以下任一子步骤进行数据改正：
[0029]7‑
1：在步骤3
‑
3或步骤四之前，将计算所得的速度统一乘
[0030]7‑
2：在步骤五之前，将计算得到的SSH结果统一乘
[0031]7‑
3：在步骤六及步骤七之前，将得到的SSH和SSE统一乘
[0032]7‑
4：在所有步骤之后，将计算的SSH、SSE和SWH结果统一乘
[0033]所在步骤八中与PPK模式解算结果进行比较验证，或与专用浮标的测量结果进行比较验证。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0035]本专利技术提供一种GNSS浮标测量结果的改正方法，可以实现对利用载波相位导出多普勒方法解算所得的海洋波浪参数进行改正，以获得更高精度的SSH、SSE和SWH等海洋波浪
参数，从而使高精度、低成本、实时获取海洋波浪参数成为可能。
附图说明
[0036]图1是实施例2中第一个GNSS浮标的SSE结果改正前后的效果的比较图。
[0037]图2是实施例2中第二个GNSS浮标的SSE结果改正前后的效果的比较图。
[0038]图3是实施例2中第一个GNSS浮标的SWH结果改正前后的效果的比较图。
[0039]图4是实施例2中第二个GNSS浮标的SWH结果改正前后的效果的比较图。
[0040]图5是实施例2中第二个GNSS浮标使用本专利技术改正后的SWH与专用浮标结果的比较图。
具体实施方式
[0041]下面结合附图对本专利技术实施例做进一步描述：
[0042]实施例1
[0043]海面上布设GNSS浮标，浮标安置有GNSS接收机，GNSS浮标测量结果的改正方法，包括以下步骤：
[0044]步骤一：GNSS接收机采集GNSS数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GNSS浮标测量结果的改正方法，在海面上布设GNSS浮标，浮标安置有GNSS接收机，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：GNSS接收机采集GNSS数据；步骤二：基于GNSS数据计算导出多普勒观测值；步骤三：基于导出多普勒观测值，计算浮标的速度；步骤四：对浮标高程方向的速度进行数值积分，获得观测海面处的海面高度SSH；步骤五：对SSH采用高通滤波剔除潮汐信号，得到相对海面高度SSE；步骤六：基于海面高度SSE计算有效波高SWH；步骤七：对上述数据进行改正；步骤八：进行比较验证。2.根据权利要求1所述的GNSS浮标测量结果的改正方法，其特征在于，所述步骤二中，接收机在t时刻的导出多普勒测量值的计算公式如下：式(1)中，为接收机在t时刻的导出多普勒测量值，为接收机在L
i
频点上对卫星s在t时刻的载波相位测量值，t1、t2、t3表示三个相邻的观测历元，t1＜t2＜t3，Δt为接收机观测数据的采样间隔。3.根据权利要求1所述的GNSS浮标测量结果的改正方法，其特征在于，所述步骤三中，包括以下子步骤：3
‑
1：基于多普勒观测方程确定待估参数x；3
‑
2：确定待估参数x的最佳估值；3
‑
3：粗差探测和剔除。4.根据权利要求3所述的GNSS浮标测量结果的改正方法，其特征在于，所述步骤3
‑
3中粗差探测公式为：式中，表示i历元的浮标速度，Z为粗差探测的指标，表示由导出多普勒计算的速度序列的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜英明，杨磊，雷宁，
申请(专利权)人：山东农业工程学院，
类型：发明
国别省市：