[发明专利]一种基于北斗/GNSS的实时高精度海表测量方法及浮标

权利要求书

1.一种基于北斗/GNSS的实时高精度海表测量方法，其步骤如下：

(1)采用搭载双频或多频GNSS的浮标，实时采集高频GNSS卫星定位电磁波信号以及北斗卫星的精密单点定位(PPP)服务空间信号PPP-B2b，将其转换成相位、伪距观测值、广播星历及其改正数，并发送至浮标的处理器；

(2)利用广播星历及其改正数，实时计算获得GNSS精密卫星轨道、钟差、伪距偏差，进行精密单点定位解算，顾及大气延迟误差的处理，实时求解GNSS单天线每个历元的经度、纬度、大地高、对流层延迟；

(3)返回重复(1)～(2)的步骤，持续10-30分钟，达到一定数据量，直至完成精密单点定位的初始化收敛；

(4)实时精密单点定位求解每个历元的GNSS天线的经度、纬度、大地高、对流层延迟；基于精密单点定位估计的天顶对流层延迟，求得大气水汽含量；利用计算的实时精密卫星轨道、钟差和相位历元差分观测方程求解GNSS天线的三维速度、加速度，然后利用GNSS单天线解算姿态角，包括方位角、俯仰角和横滚角，然后基于GNSS天线的大地高、姿态角、静态吃水GNSS天线到水面的杆臂矢量，计算水面各个历元的大地高，求得水位；

(5)采用15-30分钟的滑动时间窗口，重复(1)～(4)的步骤，基于GNSS天线各个历元的大地高，求得波浪波高、周期要素信息，或者通过GNSS天线的垂向、东西、南北方向的位移，由互相关函数计算交叉谱，然后通过方向谱分析方法，求得海浪方向谱、频谱，进而求得波高、周期、波向；利用滑动时间窗口内GNSS天线的东西和南北方向的水平位移和时间间隔，求得海表近似平均流速、流向；

(6)将实时计算的这些滑动时间窗口时段的海表要素信息，存储在浮标本地，或者实时定期通讯传回。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗/GNSS的实时高精度海表测量方法，其特征在于利用北斗PPP-B2b信号获取改正广播星历，改正GNSS广播星历的卫星轨道和钟差信息包括的参数为轨道改正向量δO在径向、切向和法向的分量；轨道改正值用于计算卫星位置改正向量δX，联合利用广播星历计算出的卫星位置向量X_broadcast，改正的计算公式见公式(7)：

X_orbit＝X_broadcast-δX (7)

式中，X_orbit为由轨道改正电文改正得到的卫星位置，X_broadcast为广播星历计算得到的卫星位置，其IOD与轨道改正电文的IODN匹配，δX为卫星位置改正；

卫星位置改正δX的计算方法见公式(8)至公式(11)：

e_along＝e_cross×e_radial (10)

δX＝[e_radial e_along e_cross]·δO (11)

式中，r＝X_broadcast为广播星历卫星位置矢量，为广播星历卫星速度矢量，δO为PPP-B2b信息中获得的轨道改正矢量，顺序为轨道径向、切向和法向分量；

钟差改正电文包括的参数是相对于广播星历钟差的改正参数；该改正参数的使用方法见公式(12)：

式中，t_satellite为经过钟差改正电文改正得到的卫星钟差，t_broadcast为广播星历计算得到的卫星钟差参数，c为光速，c₀为PPP-B2b电文中获得的钟差改正参数；

利用公式(7)～(12)获取改正后的精密卫星轨道、钟差，利用改正后的精密卫星轨道、钟差，进行精密单点定位求解天线三维坐标和对流层延迟。