一種獲取潮位的方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本申請實施例提供的一種獲取潮位的方法及裝置。所述方法包括：獲取目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序列；對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行頻譜分析，獲取所述目標(biāo)測點的所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)；從所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)中提取出所述目標(biāo)測點的潮位觀測序列。本發(fā)明實施例獲取的潮位觀測序列可以更加準(zhǔn)確地反映當(dāng)前實時潮位，相對于現(xiàn)有技術(shù)中通過潮位站觀測的潮位，更加具有實時性，且成本較低，精度較高。
【專利說明】
一種獲取潮位的方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及海洋測繪技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種獲取潮位的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在海洋測繪技術(shù)領(lǐng)域，確定實時潮位是海洋保障的重要因素，潮位的實時變化直 接關(guān)系到船舶的進(jìn)出港口、海洋和海岸工程設(shè)計、海軍的水雷布設(shè)深度、風(fēng)暴潮汐預(yù)報、潮 汐發(fā)電等海洋工程的實施。另外，潮位還可以用于測繪精確的地下地形測量，因此，獲取準(zhǔn) 確的潮位對于石油開采、水域建設(shè)、軍事防御、國家海域劃界等具有重要的意義。
[0003] 目前，主要借助于潮位站獲取測量船實時潮位，根據(jù)潮位站測量的潮位以及潮汐 模型，通過數(shù)學(xué)方法可以獲取測量船當(dāng)前的實時潮位。但是，潮位站的架設(shè)成本較高，在測 量過程中，往往需要在整個測區(qū)的周邊架設(shè)多個潮位站，同時需要作業(yè)人員在潮位站平均 每隔15分鐘左右進(jìn)行一次潮位觀測，費時費力，觀測成本較高。另外，受局部水文條件、水域 環(huán)境以及人為等因素的影響，根據(jù)潮汐模型計算得到的實時潮位常存在偏差，給海洋測繪 帶來較大的誤差，影響海洋工程的開發(fā)實施。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中獲取潮位的方法需要借助于潮位站以及潮汐模型，不僅耗費較高的人 力、物力資源，還易受環(huán)境因素的影響，得到的潮位值誤差較大，無法滿足海洋工程的開發(fā) 實施要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本申請的目的在于提供一種獲取潮位的方法及裝置，可以實時獲取在航潮位，且 成本較低，精度較高。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種獲取潮位的方法及裝置，所述方法及裝置 具體是這樣實現(xiàn)的：
[0007] -種獲取潮位的方法，所述方法包括：
[0008] 獲取目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序列；
[0009] 對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行頻譜分析，獲取所述目標(biāo)測點的所述瞬時海面 高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)；
[0010] 從所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)中提取出所述目標(biāo)測點的潮位觀 測序列。
[0011] 可選的，在本發(fā)明的一個實施例中，所述方法還包括：
[0012] 獲取安裝在所述目標(biāo)測點所在測量船上的GNSS天線的瞬時大地高程、測量船的方 位參數(shù)、測量船的姿態(tài)參數(shù)以及所述目標(biāo)測點與GNSS天線的初始杜桿臂；
[0013] 基于所述GNSS天線的瞬時大地高程、測量船的方位參數(shù)、測量船的姿態(tài)參數(shù)以及 所述目標(biāo)測點與所述GNSS天線的初始杠桿臂，計算得到目標(biāo)測點的瞬時海面高程值；
[0014] 相應(yīng)地，所述獲取目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序 列包括：
[0015] 獲取在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)按照預(yù)設(shè)采樣頻率采集得到的目標(biāo)測點的瞬 時海面高程值，生成所述目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序 列。
[0016] 可選的，在本發(fā)明的一個實施例中，所述對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行頻譜 分析，獲取所述目標(biāo)測點的所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)包括：
[0017] 采用快速傅里葉變換，將所述瞬時海面高程觀測序列轉(zhuǎn)換至頻率域；
[0018] 確定所述目標(biāo)測點的所述瞬時海面高程觀測序列在頻率域的分潮諧波以及所述 分潮諧波對應(yīng)的頻率值。
[0019] 可選的，在本發(fā)明的一個實施例中，所述從所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻 率結(jié)構(gòu)中提取出所述目標(biāo)測點的潮位觀測序列包括：
[0020] 根據(jù)所述分潮諧波以及所述分潮諧波對應(yīng)的頻率值確定低通濾波截止頻率；
[0021] 根據(jù)所述低通濾波截止頻率以及所述瞬時海面高程觀測序列的采樣頻率，對所述 頻率域的瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行低通濾波，提取所述目標(biāo)測點在頻率域的潮位觀測序 列；
[0022] 將所述目標(biāo)測點在頻率域的潮位觀測序列轉(zhuǎn)換至?xí)r間域。
[0023] 可選的，在本發(fā)明的一個實施例中，所述方法還包括：
[0024] 對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行擴展，將所述瞬時海面高程觀測序列的個數(shù)擴 展為2的指數(shù)。
[0025] -種獲取潮位的裝置，所述裝置包括：
[0026] 高程序列獲取單元，用于獲取目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面 高程觀測序列；
[0027] 頻譜分析單元，用于對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行頻譜分析，獲取所述目標(biāo) 測點的所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)；
[0028] 潮位觀測序列獲取單元，用于從所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)中提 取出所述目標(biāo)測點的潮位觀測序列。
[0029] 可選的，在本發(fā)明的一個實施例中，所述裝置還包括：
[0030] 參數(shù)獲取單元，用于獲取安裝在所述目標(biāo)測點所在測量船上的GNSS天線的瞬時大 地高程、測量船的方位參數(shù)、測量船的姿態(tài)參數(shù)以及所述目標(biāo)測點與GNSS天線的初始杜桿 臂；
[0031] 高程計算單元，用于基于所述GNSS天線的瞬時大地高程、測量船的方位參數(shù)、測量 船的姿態(tài)參數(shù)以及所述目標(biāo)測點與所述GNSS天線的初始杠桿臂，計算得到目標(biāo)測點的瞬時 海面高程值；
[0032] 相應(yīng)地，所述高程序列獲取單元還用于獲取在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)按照預(yù) 設(shè)采樣頻率采集得到的目標(biāo)測點的瞬時海面高程值，生成所述目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù) 設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序列。
[0033] 可選的，在本發(fā)明的一個實施例中，所述頻譜分析單元包括：
[0034] 傅里葉變換單元，用于采用快速傅里葉變換，將所述瞬時海面高程觀測序列轉(zhuǎn)換 至頻率域；
[0035] 分潮提取單元，用于確定所述目標(biāo)測點的所述瞬時海面高程觀測序列在頻率域的 分潮諧波以及所述分潮諧波對應(yīng)的頻率值。
[0036] 可選的，在本發(fā)明的一個實施例中，所述潮位觀測序列獲取單元包括：
[0037] 截止頻率確定單元，用于根據(jù)所述分潮諧波以及所述分潮諧波對應(yīng)的頻率值確定 低通濾波截止頻率；
[0038] 濾波單元，用于根據(jù)所述低通濾波截止頻率以及所述瞬時海面高程觀測序列的采 樣頻率，對所述頻率域的瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行低通濾波，提取所述目標(biāo)測點在頻率 域的潮位觀測序列；
[0039] 時間域轉(zhuǎn)換單元，用于將所述目標(biāo)測點在頻率域的潮位觀測序列轉(zhuǎn)換至?xí)r間域。
[0040] 可選的，在本發(fā)明的一個實施例中，所述頻譜分析單元還包括：
[0041 ]序列擴展單元，用于對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行擴展，將所述瞬時海面高 程觀測序列的個數(shù)擴展為2的指數(shù)。
[0042] 本發(fā)明提供的一種獲取潮位的方法及裝置，可以利用在航GNSS天線獲取瞬時海面 高程值，通過對當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程序列進(jìn)行頻譜分析，可以獲取 瞬時海面高程序列頻譜中的分潮頻率結(jié)構(gòu)，通過對所述分潮頻率結(jié)構(gòu)進(jìn)行濾波處理，可以 消去海洋水文條件、環(huán)境以及人為因素的影響，獲取相對低頻的潮位觀測序列。因此，本發(fā) 明實施例獲取的潮位觀測序列可以更加準(zhǔn)確地反映當(dāng)前的實時潮位，相對于現(xiàn)有技術(shù)中通 過潮位站觀測的潮位，更加具有實時性，且成本較低，精度較高。
【附圖說明】
[0043] 為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0044] 圖1是本發(fā)明提供的獲取潮位方法的一種實施例的方法流程圖；
[0045] 圖2是本發(fā)明提供的姿態(tài)改正方法的一種實施例的方法流程圖；
[0046] 圖3是本發(fā)明提供的對觀測序列進(jìn)行頻譜分析方法的一種實施例的方法流程圖；
[0047] 圖4是本發(fā)明提供的對分潮諧波進(jìn)行低通濾波方法的一種實施例的方法流程圖；
[0048] 圖5-1至圖5-3是本發(fā)明提供的我國煙臺港走航潮位測量曲線與驗潮站測量潮位 曲線的對比圖；
[0049] 圖6是本發(fā)明提供的獲取潮位裝置的一種實施例的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050] 圖7是本發(fā)明提供的獲取潮位裝置的另一種實施例的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051 ]圖8是本發(fā)明提供的頻譜分析單元的一種實施例的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖9是本發(fā)明提供的潮位觀測序列的一種實施例的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0053]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實 施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請保護(hù) 的范圍。
[0054] 圖1是本發(fā)明提供的獲取潮位方法的一種實施例的方法流程圖，如圖1所示，所述 方法可以包括：
[0055] S1:獲取目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序列。
[0056] 本實施例中，可以借助于GNSS天線測量目標(biāo)測點的潮位，所述GNSS天線安裝于測 量船上，所述目標(biāo)測點可以設(shè)置于測量船船體吃水面位置處。根據(jù)高精度站間差分定位技 術(shù)(RTK/PPK)、星間差分定位技術(shù)、非差定位技術(shù)(PPP)等GNSS定位技術(shù)可以確定精度為10 ~20厘米左右GNSS天線的高程，將定位得到的GNSS天線的瞬時大地高程減去GNSS天線到目 標(biāo)測點間的垂直距離，可以得到所述目標(biāo)測點的瞬時海面高程值。本實施例中，獲取在當(dāng)前 時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)按照預(yù)設(shè)采樣頻率采集得到的目標(biāo)測點的瞬時海面高程值，生成所 述目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序列。需要說明的是，本實 施例中將當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的算是海面高程觀測數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，可以實時計 算得到當(dāng)前時刻的潮位，為實時性要求較高的海上作業(yè)項目提供實時、準(zhǔn)確的潮位數(shù)據(jù)。
[0057] 測量船在航行時，由于風(fēng)浪的作用發(fā)生橫搖r、縱搖p以及船體的上下起伏變化，上 述變化改變可以GNSS天線在船體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，對獲取的瞬時海面高程觀測序列產(chǎn)生較 大誤差。本實施例中提供一種姿態(tài)改正的方法，圖2是本發(fā)明提供的姿態(tài)改正方法的一種實 施例的方法流程圖，如圖2所示，所述方法可以包括：
[0058] S21:獲取安裝在所述目標(biāo)測點所在測量船上的GNSS天線的瞬時大地高程、測量船 的方位參數(shù)、測量船的姿態(tài)參數(shù)以及所述目標(biāo)測點與GNSS天線的初始杜桿臂。
[0059] S22:基于所述GNSS天線的瞬時大地高程、測量船的方位參數(shù)、測量船的姿態(tài)參數(shù) 以及所述目標(biāo)測點與所述GNSS天線的初始杠桿臂，計算得到目標(biāo)測點的瞬時海面高程值。
[0060] 本實施例中，獲取的GNSS天線的瞬時大地高程是以國家或地方地理坐標(biāo)系為參考 坐標(biāo)系，而船體坐標(biāo)系為建立的相對船體可以將觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行歸位的坐標(biāo)系統(tǒng)。在船體坐 標(biāo)系中，X軸沿測量船中線指向船首，Y軸指向測量船右舷，Z軸指向地心。船體坐標(biāo)系隨著船 體姿態(tài)的變化而運動，但GNSS天線與目標(biāo)測點的相對位置不變，兩者的坐標(biāo)偏移量也保持 不變。但是測量活動本身通常是在國家或者地方地理坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行，設(shè)GNSS天線在國家或 地方地理坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(X，Y，Z)，其中Z為GNSS天線的瞬時大地高程，測量船姿態(tài)參數(shù) 為(r，p)，測量船方位為A，目標(biāo)測點與GNSS天線的初始杠桿臂為（A x，Ay，A z)，則所述目 標(biāo)測點與GNSS天線的實際杠桿臂（A X，A Y，A Z)為：
[0062] 根據(jù)公式（1)計算得到目標(biāo)測點的瞬時海面高程值為Z+A Z。需要說明的是，可以 采用姿態(tài)傳感器獲取所述測量船的姿態(tài)參數(shù)(r，p)。
[0063] 相應(yīng)地，所述獲取目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序 列可以包括：
[0064] 獲取在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)按照預(yù)設(shè)采樣頻率采集得到的目標(biāo)測點的瞬 時海面高程值，生成所述目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序 列。
[0065] 例如，本實施例中，可以按照每分鐘一次的采集頻率采集所述目標(biāo)測點的瞬時海 面高程值，獲取目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻前4個小時內(nèi)的瞬時海面高程值，生成瞬時海面高程觀 測序列。
[0066] 本實施例中，可以根據(jù)GNSS天線處的瞬時大地高程獲取目標(biāo)測點的瞬時海面高程 值，通過姿態(tài)改正還可以補償船體姿態(tài)變化給潮位測量帶來的影響。
[0067] S2:對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行頻譜分析，獲取所述目標(biāo)測點的所述瞬時 海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)。
[0068] 本實施例中，瞬時海面變化包含了波浪、涌浪、潮汐等因素的綜合影響，此外，當(dāng)測 量船航行時，船體的操縱也會給通過GNSS獲得的瞬時海面高程值帶來影響，因此通過傳統(tǒng) 的GNSS測量方法獲取的瞬時海面高程值夾雜著近30~50cm的誤差影響值。在瞬時海面變化 的影響因素中，其中，包含長周期性潮位變化、中長周期的波浪、涌浪和潮汐的變化以及短 周期性的船體操縱引起的船體上下起伏變化。本實施例提供一種對觀測序列進(jìn)行頻譜分析 的方法，圖3是本發(fā)明提供的對觀測序列進(jìn)行頻譜分析方法的一種實施例的方法流程圖，如 圖3所示，所述對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行頻譜分析，獲取所述目標(biāo)測點的所述瞬時 海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)可以包括：
[0069] S31:采用快速傅里葉變換，將所述瞬時海面高程觀測序列轉(zhuǎn)換至頻率域。
[0070] S32:確定所述目標(biāo)測點的所述瞬時海面高程觀測序列在頻率域的分潮諧波以及 所述分潮諧波對應(yīng)的頻率值。
[0071] 本實施例中，所述瞬時海面高程觀測序列為x(n)，x(n)為基于時間域的離散序列， 對基于時間域的所述瞬時海面高程觀測序列x(n)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到頻率域的瞬時 海面高程觀測序列X(m)為：
[0073] 其中，m為頻率域輸出序列序號，n為時域采樣點序號，N為頻率域總輸出序列個數(shù)。
[0074] 基于所述頻率域的瞬時海面高程觀測序列X(m)，可以確定所述目標(biāo)測點的所述瞬 時海面高程觀測序列在頻率域的分潮諧波以及所述分潮諧波對應(yīng)的頻率值，其中，分潮諧 波的頻率值f (m)可以為：
[0076] 其中，fs為瞬時海面高程觀測序列x(n)的采樣頻率。
[0077] 本實施例中，快速傅里葉變化作為離散傅里葉變換的一種快速算法，以較少的運 算量實現(xiàn)了離散傅里葉的快速變換，將時間域的瞬時海面高程觀測序列轉(zhuǎn)換至頻率域進(jìn)行 分析，得到相應(yīng)的分潮諧波以及分潮諧波對應(yīng)的頻率值。
[0078] 在本發(fā)明的一個實施例中，在實際測量中，所述瞬時海面高程觀測序列中采樣點 的個數(shù)很難滿足快速傅里葉變換的要求，本實施例中可以對采樣點個數(shù)進(jìn)行擴展，將所述 瞬時海面高程觀測序列的個數(shù)擴展為2的指數(shù)。具體地，在本發(fā)明的一個實施例中，可以對 瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行均值濾波，再利用三角函數(shù)或者線性函數(shù)外推序列兩側(cè)的數(shù) 據(jù)，使得瞬時海面高程觀測序列的個數(shù)擴展為2的指數(shù)。在本發(fā)明的另一個實施例中，可以 在外推的基礎(chǔ)上，以擴展數(shù)據(jù)中部分?jǐn)?shù)據(jù)的平均值擴展所述瞬時海面高程觀測序列。例如， 瞬時海面高程觀測序列的采樣頻率成為1次/分鐘，原始序列的采集時間從5:00到6:00，長 度為No。對所述原始序列進(jìn)行三次擴展，第一次擴展中，對數(shù)據(jù)從5:01到5:20的20個數(shù)據(jù)進(jìn) 行線性擬合，生成擬合函數(shù)，根據(jù)所述擬合函數(shù)對所述原始序列向前取30min的擬合值作為 觀測值;對數(shù)據(jù)序列向后做同樣的處理，得到第一次擴展后序列的長度見=心+60。在第二次 擴展中，取第一次擴展后序列的前21個數(shù)據(jù)的平均值，在第一次擴展后序列的前面添加200 個相同值，同時對序列向后做同樣的處理，得到新的數(shù)據(jù)序列的長度他=他+400。在第三次 擴展中，對第二次擴展后的序列長度取以2為底的對數(shù)，向上取整得到k，則進(jìn)行FFT運算的 序列長度N 3 = 2k，將第二次擴展后的序列再次向前后等長度填補中值直至序列長度為N3。
[0079] 本實施例中，通過對于所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行擴展，滿足快速傅里葉變 換中對采樣點個數(shù)的要求，消除瞬時海面高程觀測序列頻率變換后出現(xiàn)的兩側(cè)發(fā)散問題。
[0080] S3:從所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)中提取出所述目標(biāo)測點的潮位 觀測序列。
[0081] 本實施例中，在S2中確定的所述瞬時海面高程觀測序列在頻率域的分潮諧波中， 長周期性潮位變化、中長周期的波浪、涌浪和潮汐的變化以及短周期性的船體操縱引起的 船體上下起伏變化等，其中，潮位的周期至少為1小時，波浪、涌浪和潮汐的周期為10秒到10 分鐘，因此，可以對所述分潮諧波進(jìn)行低通濾波，去除波浪、涌浪等高頻因素的影響，提取出 長周期的潮位變化。本實施例提供一種對分潮諧波進(jìn)行低通濾波的方法，圖4是本發(fā)明提供 的對分潮諧波進(jìn)行低通濾波方法的一種實施例的方法流程圖，如圖4所示，所述從所述瞬時 海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)中提取出所述目標(biāo)測點的潮位觀測序列可以包括：
[0082] S41:根據(jù)所述分潮諧波以及所述分潮諧波對應(yīng)的頻率值確定低通濾波截止頻率。
[0083] 本實施例中，可以從所述分潮諧波對應(yīng)的頻率值中選取最大的頻率值fmax，并將 (2/3)fmax作為截止頻率。但是，所述分潮諧波中有很多頻率較高的微弱的干擾信號，本實施 例中可以篩選出上述干擾信號，對其不予處理。具體地，可以提取出各個分潮諧波對應(yīng)的幅 度峰值集{A}以及與幅度峰值集中各個幅度峰值對應(yīng)的頻率值，其中，{A}包含A(1)、A (2)、…、A(k)，相應(yīng)地，與幅度峰值對應(yīng)的頻率值為F( 1)、F(2)、…、F(k)。
[0084] 獲取A(1)、A(2)、…、A(k)中的最大值A(chǔ)max，設(shè)置預(yù)設(shè)閥值e，采用如下方法篩選干擾 信號：
[0085]
，i = l，2,…，k，則可以確定幅度分值A(chǔ)(i)對應(yīng)的分潮諧波為干擾信 號；
[0086]
，i = 1，2，…，k，則保留幅度分值A(chǔ)( i)對應(yīng)的分潮諧波。
[0087] 在確定出干擾信號后，可以將所述干擾信號對應(yīng)的幅度峰值從幅度峰值集{A}中 移除，得到處理后的幅度峰值集{Anew}，查找{A new}中幅度峰值對應(yīng)的頻率值中的最大值 fmax，將截止頻率設(shè)置為(2/3) f max。
[0088] S42:根據(jù)所述低通濾波截止頻率以及所述瞬時海面高程觀測序列的采樣頻率，對 所述頻率域的瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行低通濾波，提取所述目標(biāo)測點在頻率域的潮位觀 測序列。
[0089] 本實施例中，在確定截止頻率之后，可以對所述頻率域的瞬時海面高程觀測序列 進(jìn)行低通濾波，提取所述目標(biāo)測點在頻率域的潮位觀測序列。具體地，對于頻率域的瞬時海 面高程觀測序列X(m)，可以設(shè)置若f(m)〈截止頻率或者f(m)>采樣頻率-截止頻率，則令對應(yīng) 的序列值X(m)=0;否則，保留原始的頻率域的瞬時海面高程觀測序列。在對頻率域的瞬時 海面高程觀測序列X(m)進(jìn)行低通濾波處理之后，生成濾波后的瞬時海面高程觀測序列X ne5W (m)，并將Xne5W(m)作為所述目標(biāo)測點在頻率域的潮位觀測序列。
[0090] S43:將所述目標(biāo)測點在頻率域的潮位觀測序列轉(zhuǎn)換至?xí)r間域。
[0091]本實施例中，可以將獲取的所述目標(biāo)測點在頻率域的潮位觀測序列從頻率域轉(zhuǎn)換 至?xí)r間域，具體的可以采用快速傅里葉反變換，變換表達(dá)式可以為：
[0093]其中，Xn?(n)為濾波后時域的瞬時海面高程觀測序列。
[0094] 下面通過一個具體的應(yīng)用場景說明上述實施例方法，圖5-1到圖5-3為我國煙臺港 在2013年7月25日到26日的GPS在航潮位測量曲線與驗潮站測量潮位曲線的對比圖。其中， 圖5-1為2013年7月25日在距離基準(zhǔn)站20-60km范圍內(nèi)獲取的PPK海上走航潮位測量曲線與 驗潮站測量潮位曲線的對比圖，走航時間為6小時。圖5-2為2013年7月26日在距離基準(zhǔn)站 20-75km范圍內(nèi)獲取的PPK海上走航潮位測量曲線與驗潮站測量潮位曲線的對比圖，走航時 間為13小時。圖5-3為2013年7月26日在距離基準(zhǔn)站30-76km范圍內(nèi)獲取的PPK海上走航潮位 測量曲線與驗潮站測量潮位曲線的對比圖，走航時間為9小時。表1為在航實時PPK潮位與驗 潮站測量潮位偏差統(tǒng)計表，通過對比可以發(fā)現(xiàn)，煙臺港在實時在航潮位測量過程中，距離基 準(zhǔn)站的最近距離為20km，最遠(yuǎn)距離為76km，在航實時PPK潮位與驗潮站測量潮位的最大差值 小于12厘米，偏差均值為0,標(biāo)準(zhǔn)差均小于8厘米。通過圖5-1至5-3的對比圖可以發(fā)現(xiàn)采用本 申請實施例方法實時測量的潮位值與驗潮站測量的潮位值之間的匹配度較高，因此，本申 請實施例方法獲取的實時的潮位值的精確度較高。
[0095] 表1在航實時PPK潮位與驗潮站測量潮位偏差統(tǒng)計表
[0097] 本發(fā)明提供的一種獲取潮位的方法，可以利用在航GNSS天線獲取瞬時海面高程 值，通過對當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程序列進(jìn)行頻譜分析，可以獲取瞬時 海面高程序列頻譜中的分潮頻率結(jié)構(gòu)，通過對所述分潮頻率結(jié)構(gòu)進(jìn)行濾波處理，可以消去 海洋水文條件、環(huán)境以及人為因素的影響，獲取相對低頻的潮位觀測序列。因此，本發(fā)明實 施例獲取的潮位觀測序列可以更加準(zhǔn)確地反映當(dāng)前的實時潮位，相對于現(xiàn)有技術(shù)中通過潮 位站觀測的潮位，更加具有實時性，且成本較低，精度較高。
[0098] 本發(fā)明另一方面還提供一種獲取潮位的裝置，圖6是本發(fā)明提供的獲取潮位裝置 的一種實施例的模塊結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合附圖6,該裝置60可以包括：
[0099] 高程序列獲取單元61，用于獲取目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海 面高程觀測序列；
[0100] 頻譜分析單元62,用于對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行頻譜分析，獲取所述目 標(biāo)測點的所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)；
[0101] 潮位觀測序列獲取單元63,用于從所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)中 提取出所述目標(biāo)測點的潮位觀測序列。
[0102] 本發(fā)明提供的一種獲取潮位的裝置，可以利用在航GNSS天線獲取瞬時海面高程 值，通過對當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程序列進(jìn)行頻譜分析，可以獲取瞬時 海面高程序列頻譜中的分潮頻率結(jié)構(gòu)，通過對所述分潮頻率結(jié)構(gòu)進(jìn)行濾波處理，可以消去 海洋水文條件、環(huán)境以及人為因素的影響，獲取相對低頻的潮位觀測序列。因此，本發(fā)明實 施例獲取的潮位觀測序列可以更加準(zhǔn)確地反映當(dāng)前的實時潮位，相對于現(xiàn)有技術(shù)中通過潮 位站觀測的潮位，更加具有實時性，且成本較低，精度較高。
[0103] 在本發(fā)明的一個實施例中，圖7是本發(fā)明提供的獲取潮位裝置的另一種實施例的 模塊結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合附圖7，該裝置70還可以包括：
[0104] 參數(shù)獲取單元71，用于獲取安裝在所述目標(biāo)測點所在測量船上的GNSS天線的瞬時 大地高程、測量船的方位參數(shù)、測量船的姿態(tài)參數(shù)以及所述目標(biāo)測點與GN S S天線的初始杜 桿臂；
[0105] 高程計算單元72,用于基于所述GNSS天線的瞬時大地高程、測量船的方位參數(shù)、測 量船的姿態(tài)參數(shù)以及所述目標(biāo)測點與所述GNSS天線的初始杠桿臂，計算得到目標(biāo)測點的瞬 時海面高程值；
[0106] 相應(yīng)地，所述高程序列獲取單元61還用于獲取在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)按照 預(yù)設(shè)采樣頻率采集得到的目標(biāo)測點的瞬時海面高程值，生成所述目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前 預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序列。
[0107] 本實施例中，可以根據(jù)GNSS天線處的瞬時大地高程獲取目標(biāo)測點的瞬時海面高程 值，通過姿態(tài)改正還可以補償船體姿態(tài)變化給潮位測量帶來的影響。
[0108] 在本發(fā)明的一個實施例中，圖8是本發(fā)明提供的頻譜分析單元62的一種實施例的 模塊結(jié)構(gòu)示意圖，如圖8所示，所述頻譜分析單元可以包括：
[0109] 傅里葉變換單元81，用于采用快速傅里葉變換，將所述瞬時海面高程觀測序列轉(zhuǎn) 換至頻率域；
[0110] 分潮提取單元82，用于確定所述目標(biāo)測點的所述瞬時海面高程觀測序列在頻率域 的分潮諧波以及所述分潮諧波對應(yīng)的頻率值。
[0111] 本實施例中，快速傅里葉變化作為離散傅里葉變換的一種快速算法，以較少的運 算量實現(xiàn)了離散傅里葉的快速變換，將時間域的瞬時海面高程觀測序列轉(zhuǎn)換至頻率域進(jìn)行 分析，得到相應(yīng)的分潮諧波以及分潮諧波對應(yīng)的頻率值。
[0112] 在本發(fā)明的另一個實施例中，如圖8所示，所述頻譜分析單元62還包括：
[0113] 序列擴展單元83，用于對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行擴展，將所述瞬時海面 高程觀測序列的個數(shù)擴展為2的指數(shù)。
[0114] 本實施例中，通過對于所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行擴展，滿足快速傅里葉變 換中對采樣點個數(shù)的要求，消除瞬時海面高程觀測序列頻率變換后出現(xiàn)的兩側(cè)發(fā)散問題。
[0115] 在本發(fā)明的一個實施例中，圖9是本發(fā)明提供的潮位觀測序列的一種實施例的模 塊結(jié)構(gòu)示意圖，如圖9所示，所述潮位觀測序列獲取單元63可以包括：
[0116] 截止頻率確定單元91，用于根據(jù)所述分潮諧波以及所述分潮諧波對應(yīng)的頻率值確 定低通濾波截止頻率；
[0117] 濾波單元92,用于根據(jù)所述低通濾波截止頻率以及所述瞬時海面高程觀測序列的 采樣頻率，對所述頻率域的瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行低通濾波，提取所述目標(biāo)測點在頻 率域的潮位觀測序列；
[0118] 時間域轉(zhuǎn)換單元93,用于將所述目標(biāo)測點在頻率域的潮位觀測序列轉(zhuǎn)換至?xí)r間 域。
[0119] 本實施例中，通過對所述分潮頻率結(jié)構(gòu)進(jìn)行濾波處理，可以消去海洋水文條件、環(huán) 境以及人為因素的影響，獲取相對低頻的潮位觀測序列。
[0120] 本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與 其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。尤其，對于系統(tǒng)實 施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法實施例 的部分說明即可。
[0121] 雖然通過實施例描繪了本申請，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本申請有許多變形和 變化而不脫離本申請的精神，希望所附的權(quán)利要求包括這些變形和變化而不脫離本申請的 精神。
[0122] 雖然本申請?zhí)峁┝巳鐚嵤├蛄鞒虉D所述的方法操作步驟，但基于常規(guī)或者無創(chuàng) 造性的勞動可以包括更多或者更少的操作步驟。實施例中列舉的步驟順序僅僅為眾多步驟 執(zhí)行順序中的一種方式，不代表唯一的執(zhí)行順序。在實際中的裝置或客戶端產(chǎn)品執(zhí)行時，可 以按照實施例或者附圖所示的方法順序執(zhí)行或者并行執(zhí)行(例如并行處理器或者多線程處 理的環(huán)境）。
[0123] 上述實施例闡明的裝置或模塊，具體可以由計算機芯片或?qū)嶓w實現(xiàn)，或者由具有 某種功能的產(chǎn)品來實現(xiàn)。為了描述的方便，描述以上裝置時以功能分為各種模塊分別描述。 在實施本申請時可以把各模塊的功能在同一個或多個軟件和/或硬件中實現(xiàn)。當(dāng)然，也可以 將實現(xiàn)某功能的模塊由多個子模塊或子單元組合實現(xiàn)。
[0124] 本申請中所述的方法、裝置或模塊可以以計算機可讀程序代碼方式實現(xiàn)控制器按 任何適當(dāng)?shù)姆绞綄崿F(xiàn)，例如，控制器可以采取例如微處理器或處理器以及存儲可由該(微） 處理器執(zhí)行的計算機可讀程序代碼(例如軟件或固件）的計算機可讀介質(zhì)、邏輯門、開關(guān)、專 用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可編程邏輯控制器和嵌 入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器:ARC 62f5D、Atmel AT91SAM、 Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320,存儲器控制器還可以被實現(xiàn)為存 儲器的控制邏輯的一部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員也知道，除了以純計算機可讀程序代碼方式實 現(xiàn)控制器以外，完全可以通過將方法步驟進(jìn)行邏輯編程來使得控制器以邏輯門、開關(guān)、專用 集成電路、可編程邏輯控制器和嵌入微控制器等的形式來實現(xiàn)相同功能。因此這種控制器 可以被認(rèn)為是一種硬件部件，而對其內(nèi)部包括的用于實現(xiàn)各種功能的裝置也可以視為硬件 部件內(nèi)的結(jié)構(gòu)。或者甚至，可以將用于實現(xiàn)各種功能的裝置視為既可以是實現(xiàn)方法的軟件 模塊又可以是硬件部件內(nèi)的結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項】
1. 一種獲取潮位的方法，其特征在于，所述方法包括： 獲取目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序列； 對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行頻譜分析，獲取所述目標(biāo)測點的所述瞬時海面高程 觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)； 從所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)中提取出所述目標(biāo)測點的潮位觀測序 列。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲取潮位的方法，其特征在于，所述方法還包括： 獲取安裝在所述目標(biāo)測點所在測量船上的GNSS天線的瞬時大地高程、測量船的方位參 數(shù)、測量船的姿態(tài)參數(shù)以及所述目標(biāo)測點與GNSS天線的初始杜桿臂； 基于所述GNSS天線的瞬時大地高程、測量船的方位參數(shù)、測量船的姿態(tài)參數(shù)以及所述 目標(biāo)測點與所述GNSS天線的初始杠桿臂，計算得到目標(biāo)測點的瞬時海面高程值； 相應(yīng)地，所述獲取目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序列包 括： 獲取在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)按照預(yù)設(shè)采樣頻率采集得到的目標(biāo)測點的瞬時海 面高程值，生成所述目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序列。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種獲取潮位的方法，其特征在于，所述對所述瞬時海面 高程觀測序列進(jìn)行頻譜分析，獲取所述目標(biāo)測點的所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻率 結(jié)構(gòu)包括： 采用快速傅里葉變換，將所述瞬時海面高程觀測序列轉(zhuǎn)換至頻率域； 確定所述目標(biāo)測點的所述瞬時海面高程觀測序列在頻率域的分潮諧波以及所述分潮 諧波對應(yīng)的頻率值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種獲取潮位的方法，其特征在于，所述從所述瞬時海面高程 觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)中提取出所述目標(biāo)測點的潮位觀測序列包括： 根據(jù)所述分潮諧波以及所述分潮諧波對應(yīng)的頻率值確定低通濾波截止頻率； 根據(jù)所述低通濾波截止頻率以及所述瞬時海面高程觀測序列的采樣頻率，對所述頻率 域的瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行低通濾波，提取所述目標(biāo)測點在頻率域的潮位觀測序列； 將所述目標(biāo)測點在頻率域的潮位觀測序列轉(zhuǎn)換至?xí)r間域。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種獲取潮位的方法，其特征在于，所述方法還包括： 對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行擴展，將所述瞬時海面高程觀測序列的個數(shù)擴展為 2的指數(shù)。6. -種獲取潮位的裝置，其特征在于，所述裝置包括： 高程序列獲取單元，用于獲取目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的瞬時海面高程 觀測序列； 頻譜分析單元，用于對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行頻譜分析，獲取所述目標(biāo)測點 的所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)； 潮位觀測序列獲取單元，用于從所述瞬時海面高程觀測序列的分潮頻率結(jié)構(gòu)中提取出 所述目標(biāo)測點的潮位觀測序列。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種獲取潮位的裝置，其特征在于，所述裝置還包括： 參數(shù)獲取單元，用于獲取安裝在所述目標(biāo)測點所在測量船上的GNSS天線的瞬時大地高 程、測量船的方位參數(shù)、測量船的姿態(tài)參數(shù)以及所述目標(biāo)測點與GNSS天線的初始杜桿臂； 高程計算單元，用于基于所述GNSS天線的瞬時大地高程、測量船的方位參數(shù)、測量船的 姿態(tài)參數(shù)以及所述目標(biāo)測點與所述GNSS天線的初始杠桿臂，計算得到目標(biāo)測點的瞬時海面 高程值； 相應(yīng)地，所述高程序列獲取單元還用于獲取在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時間段內(nèi)按照預(yù)設(shè)采 樣頻率采集得到的目標(biāo)測點的瞬時海面高程值，生成所述目標(biāo)測點在當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時 間段內(nèi)的瞬時海面高程觀測序列。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種獲取潮位的裝置，其特征在于，所述頻譜分析單元包 括： 傅里葉變換單元，用于采用快速傅里葉變換，將所述瞬時海面高程觀測序列轉(zhuǎn)換至頻 率域； 分潮提取單元，用于確定所述目標(biāo)測點的所述瞬時海面高程觀測序列在頻率域的分潮 諧波以及所述分潮諧波對應(yīng)的頻率值。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種獲取潮位的裝置，其特征在于，所述潮位觀測序列獲取單 元包括： 截止頻率確定單元，用于根據(jù)所述分潮諧波以及所述分潮諧波對應(yīng)的頻率值確定低通 濾波截止頻率； 濾波單元，用于根據(jù)所述低通濾波截止頻率以及所述瞬時海面高程觀測序列的采樣頻 率，對所述頻率域的瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行低通濾波，提取所述目標(biāo)測點在頻率域的 潮位觀測序列； 時間域轉(zhuǎn)換單元，用于將所述目標(biāo)測點在頻率域的潮位觀測序列轉(zhuǎn)換至?xí)r間域。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種獲取潮位的裝置，其特征在于，所述頻譜分析單元還包 括： 序列擴展單元，用于對所述瞬時海面高程觀測序列進(jìn)行擴展，將所述瞬時海面高程觀 測序列的個數(shù)擴展為2的指數(shù)。
【文檔編號】G01F23/00GK106052795SQ201610607973
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月28日
【發(fā)明人】易昌華, 方守川, 秦學(xué)彬, 吳紹玉, 柴軍兵, 何雪梅
【申請人】中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司