[发明专利]一种基于GNSS的实时高精度波浪测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于GNSS的实时高精度波浪测量方法，其步骤如下：

(1)采用搭载GNSS的波浪浮标海面载体构成波浪测量装置，实时采集高频GNSS定位电磁波信号，将其转换成相位、伪距、多普勒频移观测值和广播星历发送至波浪测量装置的处理器；

(2)利用基于广播星历和建立的相位历元差分观测方程，顾及误差项的处理，实时求解浮标海面载体运动水平和垂直的三维运动速度；

(3)返回重复(1)～(2)的步骤，10-20分钟，达到一定数据量，直至波浪测量的初始化完成；

(4)实时求解每个历元的海面载体水平和垂直三维运动速度，采用滑动时间窗口的方法，重复(1)～(3)的步骤，对垂向运动速度进行10-30分钟时长的积分，并去除由系统误差与潮汐导致的趋势项，得到垂向位移随时间变化信息，求得波浪波高、周期要素信息；或者通过求得的波浪测量装置的垂向、东西、南北方向的速度，由互相关函数计算交叉谱，然后通过方向谱分析方法，求得方向谱、频谱，进而求得波高、周期、波向；

(5)将实时计算的这些滑动时间窗口时段的波浪要素信息，存储在浮标本地，或者实时定期通讯传回；

步骤(2)中基于广播星历和建立的相位历元差分观测方程

求解三维速度，利用广播星历的历元差分载波相位观测方程如式

(1)所示，求解三维速度的方程如式(2)所示：

其中，方程(1)中，λ为载波L1或L2频率的波长，为从卫星S到接收机r相邻历元(i,i+1)之间的载波相位观测值之差，i为历元号；为第i+1历元从卫星S到接收机r的单位矢量，Δξ_r,i为相邻历元(i,i+1)之间的接收机位置改正数之差；c为光速，Δδt_r,i、δt_i^S分别为相邻历元(i,i+1)之间的接收机时钟相对偏差、广播星历计算的卫星时钟偏差；为相邻历元(i,i+1)之间的综合误差改正，包括卫星轨道、电离层、对流层、相位变化误差、相对论效应、地球自转效应，其中卫星轨道改正由广播星历计算，电离层改正由双频无电离层组合消除一阶项或者由广播星历发播的电离层模型计算，对流层改正由实测的或者数值模型的气象数据及投影函数改正，相位变化误差、相对论效应、地球自转效应由相应模型计算；为其他残余误差项与噪声；方程(1)中的估计参数为Δξ_r,i和Δδt_r,i；方程(2)中，V_i为三维速度，Δξ_r,i为相邻历元(i,i+1)之间的接收机位置改正数之差，Δt_i为相邻历元之间的时间间隔；GNSS相位观测值周跳频繁时，采用多普勒频移观测值计算波浪测量装置的三维速度，补充三维速度的时间序列。