專利名稱：近海波浪參數(shù)立體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置，具體涉及海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、波浪測(cè)量、信號(hào)與信息處 理、通信與信息系統(tǒng)、雷達(dá)技術(shù)、GPS技術(shù)。具體講是近海波浪參數(shù)立體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
海洋開發(fā)是一個(gè)具有戰(zhàn)略意義的領(lǐng)域。隨著海洋技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)海洋資源的 不斷開發(fā)，對(duì)海浪參數(shù)的監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。但我國(guó)海洋技術(shù)和海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)比較的落 后，許多海洋觀測(cè)站提供的海浪數(shù)據(jù)還是基于觀測(cè)員的目測(cè)與科技的快速發(fā)展不相適應(yīng)。 而且由于海域的不同，采用進(jìn)口設(shè)備在我國(guó)使用效果很不理想。在對(duì)近海岸海浪的監(jiān)測(cè)多采用波浪浮標(biāo)。波浪浮標(biāo)可以無人值守、自動(dòng)、定點(diǎn)、連 續(xù)地對(duì)有效波高、波向、波周期、波速等海洋參數(shù)進(jìn)行遙測(cè)，可以說是對(duì)連續(xù)波浪測(cè)量的唯 一可靠來源。國(guó)外有荷蘭的“波浪騎士”，還有加拿大的“Watchke印er”等波浪浮標(biāo)但其測(cè) 量效果在國(guó)內(nèi)使用精度不高。波浪浮標(biāo)一般有兩種，一種是以加速度計(jì)為傳感器；一種是以 GPS為傳感器。在不同的海域和海況下，兩者的測(cè)量有所不同。由于波浪浮標(biāo)無人值守，波浪 浮標(biāo)由錨系系統(tǒng)固定于海底，所以波浪浮標(biāo)一般不適用于深海和距離海岸太遠(yuǎn)的區(qū)域。波 浪數(shù)據(jù)的測(cè)量不僅可以提供實(shí)時(shí)的波浪數(shù)據(jù)，對(duì)海岸或海洋中相關(guān)的一些活動(dòng)提供有利的 幫助，而且可以用來建立波浪數(shù)據(jù)庫(kù)來預(yù)測(cè)未來海洋上發(fā)生的事件。而德國(guó)則利用X-波段 導(dǎo)航雷達(dá)初步實(shí)現(xiàn)了基于深海、充分成長(zhǎng)的海浪條件下有效波高、波向、波周期、波速的預(yù) 測(cè)，以及海流表層流流速和流向的粗略預(yù)測(cè)，研制出WaMosII系統(tǒng)。由于我國(guó)海岸線較長(zhǎng)， 海洋資源豐富，所以對(duì)我國(guó)近海波浪參數(shù)監(jiān)測(cè)尤為重要。如何立體多方位、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān) 測(cè)，并通過采用各種測(cè)量方法揚(yáng)長(zhǎng)避短實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，這是實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)發(fā)明的難點(diǎn)和重點(diǎn)所 在。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種近海波浪參數(shù)立體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)，減少噪聲的干擾，為監(jiān)測(cè)近海波浪參數(shù)提供一種必要的手段和可靠的保障。為此，本發(fā) 明采用的技術(shù)方案是，近海波浪參數(shù)立體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由波浪浮標(biāo)、導(dǎo)航雷達(dá)、岸上接收 系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、顯示器組成，波浪浮標(biāo)用于采集所在位置的海浪信息，將海浪信息通過射頻發(fā)射出去，所述波 浪浮標(biāo)包括GPS傳感器測(cè)波單元和加速度傳感器測(cè)波單元；岸上接收系統(tǒng)用于接收波浪浮標(biāo)的海浪信息，并傳送到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)處理、數(shù)值分析，對(duì)導(dǎo)航雷達(dá)、波浪浮標(biāo)的GPS傳感器測(cè)波單元和 波浪浮標(biāo)的加速度傳感器測(cè)波單元采集的信息進(jìn)行互補(bǔ)校正和統(tǒng)計(jì)處理，得到海浪的動(dòng)態(tài) 參數(shù)并將其動(dòng)態(tài)參數(shù)在顯示器中顯示出來。波浪浮標(biāo)包括GPS接收機(jī)用于得到3個(gè)笛卡爾坐標(biāo)(X，y，ζ) ；X、Y、Z三個(gè)方向的加速度傳感器用于測(cè)出波浪浮標(biāo)的三個(gè)方向的加速度al、a2、a3 ；橫搖傳感器、縱搖傳感器、艏搖傳感器用于采集出浮標(biāo)體3個(gè)姿態(tài)角rl、r2、r3 ；高頻發(fā)射系統(tǒng)用于將3個(gè)笛卡爾坐標(biāo)(x，y，ζ)， 三個(gè)方向的加速度al、a2、a3，3個(gè)姿態(tài)角rl、r2、r3，以電磁波的形式發(fā)射到海岸上，由岸上 接收系統(tǒng)來接收，然后傳送給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)處理、數(shù)值分析，對(duì)導(dǎo)航雷達(dá)采集的信息I1、波浪浮標(biāo)的GPS傳 感器測(cè)波單元采集的信息I2和波浪浮標(biāo)的加速度傳感器測(cè)波單元采集的信息I3進(jìn)行 互補(bǔ)校正和統(tǒng)計(jì)處理，由/ = AA+33/3可得到經(jīng)過校正的海洋信息，并且滿足 3,+82+83=\，根據(jù)海域和海況的不同A的最佳值由海域和海況而具體確定；計(jì)算機(jī)對(duì)于波浪浮標(biāo)的加速度傳感器測(cè)波單元，對(duì)豎直方向的重力加速度al進(jìn) 行兩次積分計(jì)算出波浪的有效波高H2，用FIR數(shù)字濾波器濾除干擾信號(hào)，進(jìn)行中心化處理， 即分段取零線，每段數(shù)據(jù)做一次FFT變換，對(duì)于每段，計(jì)算出方差值，乘以cos2因子，再計(jì)算 方差值去掉平均值，利用FFT把每個(gè)區(qū)段的計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成頻域的方差，計(jì)算每段區(qū)段的 核心值，可計(jì)算出功率譜，由功率譜可計(jì)算出海浪的譜矩，海浪的平均高度MH2和平均周期 MT2可由零階譜矩和二階譜矩估計(jì)出來，由水平方向，包括X、Y方向，加速度可計(jì)算出水平 方向上的位移，通過估計(jì)浮標(biāo)本身豎直位移和水平位移的兩個(gè)分量三個(gè)序列的交叉譜來估 計(jì)海浪的方向譜S2;計(jì)算機(jī)對(duì)于波浪浮標(biāo)的GPS傳感器測(cè)波單元，計(jì)算出多普勒頻偏fd，由此可得到 GPS接收器運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)位移，即可測(cè)出有效波高H3和海浪的功率譜，從而通過計(jì)算得 到平均高度MH3、平均周期MT3，根據(jù)3個(gè)姿態(tài)角rl、r2、r3可計(jì)算出東西向和南北向的斜率 從而計(jì)算出水平方向的交叉譜和二次譜，然后估計(jì)出海浪的方向譜S3，則可以確定波向；計(jì)算機(jī)再對(duì)估計(jì)出的海浪參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，對(duì)有效波高HI、有效波高H2、 有效波高H3、平均高度MHl、平均高度MH2、平均高度MH3、平均周期MTl、平均周期MT2、平均 周期MT3、方向譜Si、方向譜S2、方向譜S3進(jìn)行互補(bǔ)校正和統(tǒng)計(jì)處理從而可以精確的反演近 海海浪的各個(gè)參數(shù)有效波高H、平均高度MH、平均周期MT、方向譜S。本發(fā)明可帶來下列技術(shù)效果近海波浪參數(shù)立體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以比較準(zhǔn)確的測(cè) 量出各種海浪參數(shù)。由于海洋上的波動(dòng)是一個(gè)隨機(jī)過程。波面可看作為無限多個(gè)不同振幅、 頻率、相位及入射波向的余弦波的疊加。而且海洋信號(hào)的噪聲比較大，容易受到海風(fēng)、天氣 的影響。由于用導(dǎo)航雷達(dá)處理圖像，以GPS為傳感器的波浪浮標(biāo)和以加速度計(jì)為傳感器的 波浪浮標(biāo)均可以單獨(dú)測(cè)量各種海浪參數(shù)，但三種方法單獨(dú)監(jiān)測(cè)時(shí)均有明顯的缺陷。本發(fā)明 綜合三種方法，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，相互校正，從而減少了噪聲的干擾。在國(guó)外使用兩種波浪 浮標(biāo)對(duì)比監(jiān)測(cè)，而本發(fā)明巧妙地將GPS傳感器和加速度傳感器測(cè)波系統(tǒng)放入同一波浪浮標(biāo) 之中。為監(jiān)測(cè)近海波浪參數(shù)提供了一種必要的手段和可靠的保障，進(jìn)一步保障了海上航行 安全和對(duì)海洋資源的開發(fā)探測(cè)。


附圖1為近海波浪參數(shù)立體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。附圖2為波浪浮標(biāo)中的電路結(jié)構(gòu)圖。附圖3為岸上接收系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。附圖4為計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理海浪參數(shù)單元。
附圖5為計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理雷達(dá)數(shù)據(jù)算法流程圖。附圖6為計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理波浪浮標(biāo)的加速度傳感器測(cè)波單元數(shù)據(jù)算法流程圖。附圖7為計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理波浪浮標(biāo)的GPS傳感器測(cè)波單元數(shù)據(jù)算法流程圖。附圖8為計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理數(shù)據(jù)總體框圖。附圖9為頻率一功率譜一方向圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的技術(shù)方案為，整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由波浪浮標(biāo)1、導(dǎo)航雷達(dá)2、岸上接收系統(tǒng)3、 計(jì)算機(jī)4、顯示器5組成。采集布放波浪浮標(biāo)1所在位置的海浪信息，通過射頻發(fā)射，岸上接 收系統(tǒng)3接收到波浪浮標(biāo)1的信息與導(dǎo)航雷達(dá)采集的信息一起傳送到計(jì)算機(jī)4中，經(jīng)過計(jì)算機(jī)4的數(shù)據(jù)處理、數(shù)值分析可以得到海浪的動(dòng)態(tài)參數(shù)(有效波高、波向、平均周期、平均波 高)，并將其動(dòng)態(tài)參數(shù)在顯示器5中顯示出來。由于波浪浮標(biāo)隨著海浪而浮動(dòng)，所以通過傳 感器可以測(cè)出海浪的高度和方向等信息。在波浪浮標(biāo)1中，GPS接收機(jī)1-1可以得到3個(gè)笛 卡爾坐標(biāo)(X，y, ζ)，根據(jù)多普勒原理計(jì)算GPS信號(hào)的頻率變量，獲取浮標(biāo)的高精度三維運(yùn)動(dòng) 參數(shù)，計(jì)算獲得波浪信息。X、Y、Z三個(gè)方向的加速度傳感器1-2可以測(cè)出波浪浮標(biāo)在三個(gè) 方向的加速度，對(duì)豎直方向的重力加速度的兩次積分則可以計(jì)算出波浪的高度。橫搖傳感 器1-3、縱搖傳感器1-4、艏搖傳感器1-5采集出浮標(biāo)體3個(gè)姿態(tài)角的時(shí)間序列，可以計(jì)算出 波浪的方向。微控制器1-6對(duì)波浪浮標(biāo)1中的各個(gè)傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和定時(shí)采集，并將 數(shù)據(jù)通過高頻發(fā)射系統(tǒng)1-7以電磁波的形式發(fā)射到海岸上，由岸上接收系統(tǒng)3來接收。在 岸上接收系統(tǒng)3中，由高頻接收系統(tǒng)3-1接收到波浪浮標(biāo)從海洋中發(fā)來的信息，由微控制器 3-2來控制高頻接收系統(tǒng)3-1的接收時(shí)序，并把接收到的信息由232串行通信接口傳輸?shù)接?jì) 算機(jī)4中。導(dǎo)航雷達(dá)的所采集的信號(hào)也傳輸?shù)接?jì)算機(jī)4中。在計(jì)算機(jī)4中由232串行通信 單元4-1接收來自海洋中波浪浮標(biāo)的信息。由導(dǎo)航雷達(dá)信號(hào)識(shí)別單元4-2接收來自海面回 波圖像信號(hào)，通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理單元4-3對(duì)計(jì)算機(jī)4接收到的信號(hào)進(jìn)行處理。先對(duì)來自 波浪浮標(biāo)的信號(hào)進(jìn)行濾波，因?yàn)樵诤Ｑ笊嫌捎谑艿礁鞣N因素的干擾所以信號(hào)中有很多的噪 聲，用數(shù)字濾波器進(jìn)行濾波去掉噪聲的干擾。采用FFT算法獲取海浪功率譜，通過估計(jì)浮標(biāo) 本身豎直位移和水平位移的兩個(gè)分量三個(gè)序列的交叉譜從而估計(jì)方向譜。海浪的平均高度 和平均周期可由零階譜矩和二階譜矩估計(jì)出來。導(dǎo)航雷達(dá)2將采樣得到的雷達(dá)圖像時(shí)間序 列進(jìn)行坐標(biāo)系變換，轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)下的圖像時(shí)間序列，然后對(duì)所得圖像時(shí)間序列進(jìn)行三 維傅里葉變換，得到三維圖像譜。所得三維圖像譜通過進(jìn)一步積分可得到二維圖像譜。所 得二維圖像譜通過傳遞函數(shù)調(diào)制之后可得到二維的海浪譜。所得二維海浪譜可進(jìn)一步求得 海浪方向譜。所得二維海浪方向譜可以計(jì)算出海浪頻譜。所得海浪頻譜可以反演得到海浪 的特征參數(shù)(如波周期、主波向等)。由于用導(dǎo)航雷達(dá)處理圖像，以GPS為傳感器的波浪浮 標(biāo)和以加速度計(jì)為傳感器的波浪浮標(biāo)均可以單獨(dú)測(cè)量各種海浪參數(shù)，但三個(gè)系統(tǒng)均存在一 些缺陷和不足。所以綜合三種測(cè)量和估計(jì)結(jié)果進(jìn)行算法處理來達(dá)到各種海浪參數(shù)的逼近和 統(tǒng)計(jì)上的最佳。將估計(jì)的海浪數(shù)據(jù)由海浪參數(shù)反演單元4-4進(jìn)行反演，來描述和反映所觀 測(cè)的海洋狀況。以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明內(nèi)容做進(jìn)一步的解釋。為了監(jiān)測(cè)近海的海浪參數(shù)，可通 過隨著波浪浮動(dòng)的波浪浮標(biāo)和岸上的導(dǎo)航雷達(dá)分別來采集數(shù)據(jù)。波浪浮標(biāo)1中GPS接收機(jī)1-1可以得到3個(gè)笛卡爾坐標(biāo)(X，y，ζ)，X、Y、Z三個(gè)方向的加速度計(jì)1_2可以測(cè)出波浪浮 標(biāo)的三個(gè)方向的加速度al、a2、a3。橫搖傳感器1_3、縱搖傳感器1_4、艏搖傳感器1_5采集 出浮標(biāo)體3個(gè)姿態(tài)角rl、r2、r3。這9個(gè)信號(hào)變量通過高頻發(fā)射系統(tǒng)1_7以電磁波的形式 發(fā)射到海岸上，由岸上接收系統(tǒng)3來接收，然后傳送給計(jì)算機(jī)4。導(dǎo)航雷達(dá)2發(fā)送電磁波，電 磁波通過海面的散射和反射，采集雷達(dá)掃描一周的數(shù)字圖像陣列信號(hào)為矩陣A，并將其數(shù)字 圖像陣列信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)4。在計(jì)算機(jī)4中對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行處理，原始的雷達(dá)掃描半徑為 8-10公里，我們主要利用3-4公里近海的數(shù)字圖像信息。計(jì)算機(jī)4通過軟件算法將數(shù)字圖 像陣列信號(hào)矩陣A進(jìn)行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化，將極坐標(biāo)下的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)系下的圖像信 號(hào)矩陣B，再通過數(shù)字濾波濾除不要的信息和海上的噪聲可得到雷達(dá)圖像時(shí)間序列矩陣C。 將雷達(dá)圖像時(shí)間序列矩陣C進(jìn)行三維傅里葉變換，得到三維圖像譜。根據(jù)重力波的頻散關(guān) 系(考慮了多普勒頻移之后修正的頻散關(guān)系)，進(jìn)行表層流反演，經(jīng)過帶通數(shù)字濾波得到新 的三維圖像譜。所得三維圖像譜通過進(jìn)一步積分可得到二維圖像譜。所得二維圖像譜通過 傳遞函數(shù)調(diào)制之后可得到二維的海浪譜。所得二維海浪譜可進(jìn)一步求得海浪方向譜Si。所 得二維海浪方向譜可以計(jì)算出海浪頻譜。所得海浪頻譜可以反演得到海浪的特征參數(shù)(如 平均波高M(jìn)H1、平均周期MTl等)。利用三維圖像譜、二維圖像譜以及二維海浪譜計(jì)算得到海 浪的信噪比，根據(jù)海浪有效波高與信噪比的線性關(guān)系可得海浪的有效波高HI。同時(shí)計(jì)算機(jī) 4通過軟件算法處理波浪浮標(biāo)采集的數(shù)據(jù)，對(duì)于波浪浮標(biāo)的加速度傳感器測(cè)波單元，對(duì)豎直 方向的重力加速度al的兩次積分則可以計(jì)算出波浪的有效波高H2，用FIR數(shù)字濾波器濾除 干擾信號(hào)，進(jìn)行中心化處理，即分段取零線。每100秒分一段，20分鐘分24個(gè)區(qū)段，相鄰兩 段的重疊為50秒。每段數(shù)據(jù)做一次FFT變換。對(duì)于每段，計(jì)算出方差值，乘以cos2因子， 再計(jì)算方差值去掉平均值。利用FFT把每個(gè)區(qū)段的計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成頻域的方差，計(jì)算每段 區(qū)段的核心值，可計(jì)算出功率譜。由功率譜可計(jì)算出海浪的譜矩，海浪的平均高度MH2和平 均周期MT2可由零階譜矩和二階譜矩估計(jì)出來。由水平方向(X、Y方向)加速度可計(jì)算出 水平方向上的位移，通過估計(jì)浮標(biāo)本身豎直位移和水平位移的兩個(gè)分量三個(gè)序列的交叉譜 來估計(jì)海浪的方向譜S2。對(duì)于波浪浮標(biāo)的GPS傳感器測(cè)波單元，由于GPS接收器與衛(wèi)星信 號(hào)發(fā)射器二者同時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而使接收器接收到的頻率與發(fā)射器(波源)發(fā)出的頻率不同， 產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，可計(jì)算出多普勒頻偏fd，由此可得到GPS接收器運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)位移，即 可測(cè)出有效波高H3和海浪的功率譜，從而通過計(jì)算得到平均高度MH3、平均周期MT3。浮標(biāo) 體3個(gè)姿態(tài)角rl、r2、r3可計(jì)算出東西向和南北向的斜率從而計(jì)算出水平方向的交叉譜和 二次譜，然后估計(jì)出海浪的方向譜S3，則可以確定波向。再對(duì)估計(jì)出的海浪參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步 的處理，對(duì)有效波高HI、有效波高H2、有效波高H3、平均高度MH1、平均高度MH2、平均高度 MH3、平均周期MTl、平均周期MT2、平均周期MT3、方向譜Si、方向譜S2、方向譜S3進(jìn)行互補(bǔ) 校正和統(tǒng)計(jì)處理從而可以精確的反演近海海浪的各個(gè)參數(shù)(有效波高H、平均高度MH、平均 周期MT、方向譜S)，。
計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)處理、數(shù)值分析，對(duì)導(dǎo)航雷達(dá)采集的信息I1、波浪浮標(biāo)的GPS傳 感器測(cè)波單元采集的信息I2和波浪浮標(biāo)的加速度傳感器測(cè)波單元采集的信息I3進(jìn)行 互補(bǔ)校正和統(tǒng)計(jì)處理，由/ = AA+33/3可得到經(jīng)過校正的海洋信息，并且滿足 Q+民+4=1，由統(tǒng)計(jì)學(xué)可知，I1, I2,込若相互獨(dú)立則A=民=δ3 =1/3時(shí)I取最佳。但由 于海域和海況的不同，A的最佳值由海域和海況而具體確定。例如當(dāng)海況正常時(shí)(有海浪但海浪不大時(shí))&=民=53=1/3時(shí)，I最佳；當(dāng)海浪很大時(shí)，海浪的周期小于10秒，則 ^1=S3= 1/2，d2 = 0時(shí)，I最佳；當(dāng)海面上非常平靜，幾乎沒有海浪時(shí)，海浪的周期大于100秒。 則S1=S2= 1/2 A=O時(shí) I 最佳。下面是一個(gè)具體的實(shí)例。由波浪浮標(biāo)采集的數(shù)據(jù)，艏搖角為-15. 249°，X方向加速度為0. 19875m/s2, Y方 向加速度為-0. 18125m/s2, Z方向加速度為_1. 01500m/s2。由系統(tǒng)經(jīng)過計(jì)算機(jī)的軟件算法 監(jiān)測(cè)結(jié)果為平均波高為242. 000cm，平均周期為5. 882s，方向譜方向?yàn)?5. 156°，所得到的 功率譜如圖9所示。
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權(quán)利要求
一種近海波浪參數(shù)立體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，由波浪浮標(biāo)、導(dǎo)航雷達(dá)、岸上接收系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、顯示器組成，波浪浮標(biāo)用于采集所在位置的海浪信息，將海浪信息通過射頻發(fā)射出去，所述波浪浮標(biāo)包括GPS傳感器測(cè)波單元和加速度傳感器測(cè)波單元；岸上接收系統(tǒng)用于接收波浪浮標(biāo)的海浪信息，并傳送到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)處理、數(shù)值分析，對(duì)導(dǎo)航雷達(dá)、波浪浮標(biāo)的GPS傳感器測(cè)波單元和波浪浮標(biāo)的加速度傳感器測(cè)波單元采集的信息進(jìn)行互補(bǔ)校正和統(tǒng)計(jì)處理，得到海浪的動(dòng)態(tài)參數(shù)并將其動(dòng)態(tài)參數(shù)在顯示器中顯示出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種近海波浪參數(shù)立體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，波浪浮標(biāo) 包括GPS接收機(jī)用于得到3個(gè)笛卡爾坐標(biāo)(X，y，ζ) ；X、Y、Z三個(gè)方向的加速度傳感器用于 測(cè)出波浪浮標(biāo)的三個(gè)方向的加速度al、a2、a3 ；橫搖傳感器、縱搖傳感器、艏搖傳感器用于 采集出浮標(biāo)體3個(gè)姿態(tài)角rl、r2、r3 ；高頻發(fā)射系統(tǒng)用于將3個(gè)笛卡爾坐標(biāo)(x，y，ζ)，三個(gè) 方向的加速度al、a2、a3，3個(gè)姿態(tài)角rl、r2、r3，以電磁波的形式發(fā)射到海岸上，由岸上接收 系統(tǒng)來接收，然后傳送給計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種近海波浪參數(shù)立體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，計(jì)算機(jī) 用于數(shù)據(jù)處理、數(shù)值分析，對(duì)導(dǎo)航雷達(dá)采集的信息I1、波浪浮標(biāo)的GPS傳感器測(cè)波單元采集 的信息I2和波浪浮標(biāo)的加速度傳感器測(cè)波單元采集的信息I3進(jìn)行互補(bǔ)校正和統(tǒng)計(jì)處理，由 / = S1A +52/2 +53/3可得到經(jīng)過校正的海洋信息，并且滿足A +民+δ3 =1，根據(jù)海域和海 況的不同，A的最佳值由海域和海況而具體確定；計(jì)算機(jī)對(duì)于波浪浮標(biāo)的加速度傳感器測(cè)波單元，對(duì)豎直方向的重力加速度al進(jìn)行兩 次積分計(jì)算出波浪的有效波高H2，用FIR數(shù)字濾波器濾除干擾信號(hào)，進(jìn)行中心化處理，即分 段取零線，每段數(shù)據(jù)做一次FFT變換，對(duì)于每段，計(jì)算出方差值，乘以cos2因子，再計(jì)算方差 值去掉平均值，利用FFT把每個(gè)區(qū)段的計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成頻域的方差，計(jì)算每段區(qū)段的核心 值，可計(jì)算出功率譜，由功率譜可計(jì)算出海浪的譜矩，海浪的平均高度MH2和平均周期MT2 可由零階譜矩和二階譜矩估計(jì)出來，由水平方向，包括X、Y方向，加速度可計(jì)算出水平方向 上的位移，通過估計(jì)浮標(biāo)本身豎直位移和水平位移的兩個(gè)分量三個(gè)序列的交叉譜來估計(jì)海 浪的方向譜S2;計(jì)算機(jī)對(duì)于波浪浮標(biāo)的GPS傳感器測(cè)波單元，計(jì)算出多普勒頻偏f d，由此可得到GPS接 收器運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)位移，即可測(cè)出有效波高H3和海浪的功率譜，從而通過計(jì)算得到平均 高度MH3、平均周期MT3，根據(jù)3個(gè)姿態(tài)角rl、r2、r3可計(jì)算出東西向和南北向的斜率從而計(jì) 算出水平方向的交叉譜和二次譜，然后估計(jì)出海浪的方向譜S3，則可以確定波向；計(jì)算機(jī)再對(duì)估計(jì)出的海浪參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，對(duì)有效波高HI、有效波高H2、有效 波高H3、平均高度MHl、平均高度MH2、平均高度MH3、平均周期MT1、平均周期MT2、平均周期 MT3、方向譜Si、方向譜S2、方向譜S3進(jìn)行互補(bǔ)校正和統(tǒng)計(jì)處理從而可以精確的反演近海海 浪的各個(gè)參數(shù)有效波高H、平均高度MH、平均周期MT、方向譜S。
全文摘要
本發(fā)明屬于海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置，具體涉及海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、波浪測(cè)量、信號(hào)與信息處理、通信與信息系統(tǒng)、雷達(dá)技術(shù)、GPS技術(shù)。具體講是近海波浪參數(shù)立體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為減少噪聲的干擾，為監(jiān)測(cè)近海波浪參數(shù)提供一種必要的手段和可靠的保障，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，近海波浪參數(shù)立體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由波浪浮標(biāo)、導(dǎo)航雷達(dá)、岸上接收系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、顯示器組成，波浪浮標(biāo)用于采集所在位置的海浪信息，將海浪信息通過射頻發(fā)射出去，所述波浪浮標(biāo)包括GPS傳感器測(cè)波單元和加速度傳感器測(cè)波單元；岸上接收系統(tǒng)用于接收波浪浮標(biāo)的海浪信息，并傳送到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)處理、數(shù)值分析。本發(fā)明主要應(yīng)用于海洋監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01S13/89GK101813476SQ201010128328
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者何改云, 劉國(guó)棟, 宋占杰, 陳壯杰 申請(qǐng)人:天津大學(xué)