岸基陣列g(shù)nss反射信號潮汐與多波浪參數(shù)綜合探測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及微弱全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS)信號處理、電波傳播、海洋環(huán)境監(jiān) 測及海洋動力學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于陣列GNSS海面反射信號特征的用于岸基潮汐高 度和波浪有效波高、平均波周期和波向的綜合探測系統(tǒng)一一岸基陣列GNSS反射信號潮汐與 多波浪參數(shù)綜合探測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的發(fā)展以及國際形勢的變化，世界各國，尤其是沿海國家已經(jīng)將海洋經(jīng) 濟(jì)、海洋科技和海洋裝備等領(lǐng)域的發(fā)展提升為國家級戰(zhàn)略的高度，我國也同樣將海洋領(lǐng)域 提升到一個(gè)前所未有的高度，"一帶一路"戰(zhàn)略的實(shí)施、"中國制造"向"中國創(chuàng)造"的轉(zhuǎn)變以 及走向深藍(lán)海等多個(gè)方面的發(fā)展，都需要海洋環(huán)境探測技術(shù)的支持和保障。岸邊潮汐高度 和波浪參數(shù)的長期監(jiān)測是海洋環(huán)境監(jiān)測不可缺少的重要組成內(nèi)容。
[0003] 當(dāng)前，岸邊潮汐高度主要是利用建設(shè)驗(yàn)潮井的方式進(jìn)行監(jiān)測；波浪則主要是利用 投放近岸海洋浮標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。這兩種傳統(tǒng)方式雖然都能夠?qū)Τ毕筒ɡ诉M(jìn)行觀測，但在觀 測站位的選擇上要求較高，受地理環(huán)境的約束，且建設(shè)成本和維護(hù)成本都很高，不利于岸邊 潮汐和波浪的加密觀測。
[0004] 利用一個(gè)指向海面的左旋圓極化（LHCP)天線接收的海面反射的GNSS衛(wèi)星信號特 征遙感反演海面參數(shù)是一種上世紀(jì)90年代提出的被動探測技術(shù)。目前，已經(jīng)有用該技術(shù)遙 感觀測有效波高參數(shù)的資料，但還未見波向和平均波周期以及潮汐高度觀測的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的是提供一種岸基陣列GNSS反射信號潮汐與多波浪參數(shù)綜合探 測系統(tǒng)，可用于岸基情況下，利用陣列天線接收的陣列GNSS海面反射信號特征同時(shí)探測潮 汐高度和多波浪參數(shù)，降低自然環(huán)境對岸邊潮汐與波浪觀測站點(diǎn)的限制，填補(bǔ)我國岸基情 況下潮汐和多波浪參數(shù)綜合觀測技術(shù)的空白，為我國海洋環(huán)境監(jiān)測及科學(xué)研宄等提供有效 手段，為海洋氣象預(yù)報(bào)提供重要的參數(shù)支撐。
[0006] 一種岸基陣列GNSS反射信號潮汐與多波浪參數(shù)綜合探測系統(tǒng)，其特征在于包括 天線單元，GNSS中頻信號采集模塊，直射信號處理模塊，反射信號處理模塊，潮汐和波浪參 數(shù)反演模塊，所述的潮汐和波浪參數(shù)反演模塊包括潮汐高度計(jì)算模塊，波向反演模塊，有 效波高和平均波周期反演模塊；
[0007] 所述天線單元，用于接收GNSS衛(wèi)星發(fā)射的信號，包括一個(gè)右旋圓極化（RHCP)天 線、兩個(gè)或以上的左旋圓極化（LHCP)天線和天線支架；所述的RHCP天線朝向天頂方向，其 中一個(gè)LHCP天線與RHCP天線朝向相反，并指向海面，其它LHCP天線以不同的仰角指向海 面；
[0008] 所述GNSS中頻信號采集模塊具有的采集通道的數(shù)量與所述天線單元的天線個(gè)數(shù) 相同；
[0009] 所述直射信號處理模塊，用于處理GNSS中頻信號采集模塊輸出的直射信號； [0010] 所述反射信號處理模塊，用于根據(jù)直射信號處理模塊提供的數(shù)據(jù)對反射信號進(jìn)行 處理；
[0011] 所述潮汐高度計(jì)算模塊，用于實(shí)時(shí)計(jì)算LHCP天線到海面的高度，進(jìn)而換算出海面 的潮汐高度；
[0012] 所述波向反演模塊，用于計(jì)算波向參數(shù)；
[0013] 所述有效波高和平均波周期反演模塊，用于反演出有效波高和平均波周期參數(shù)。
[0014] 上述岸基陣列GNSS反射信號潮汐與多波浪參數(shù)綜合探測系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)存儲、 輸出與顯示模塊，用于將上述潮汐和波浪參數(shù)反演模塊得到的潮汐和波浪參數(shù)進(jìn)行存儲備 份，并輸出至指定終端，同時(shí)將參數(shù)直觀的顯示出來。
[0015] 本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有GNSS衛(wèi)星反射信號探測技術(shù)只用一個(gè)LHCP天線且僅能探 測有效波高一個(gè)參數(shù)的不足，利用陣列天線接收的多個(gè)陣列GNSS反射信號特征能夠同時(shí) 探測波向、平均波周期和潮汐高度三個(gè)參數(shù)，擴(kuò)展了觀測要素，且具有成本低，結(jié)構(gòu)簡單輕 便，測量結(jié)果可靠，可移動性和適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，為海洋環(huán)境監(jiān)測提供了有效手段，對海洋 經(jīng)濟(jì)、海洋科技和新能源利用等多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實(shí)用新型方法步驟流程圖。
[0017] 圖2為本實(shí)用新型的原理示意圖。
[0018] 其中，A :鏡反射點(diǎn)A，B :鏡反射點(diǎn)B，C :粗糙海面，H :天線到海面的高度，h :參考海 拔高度點(diǎn)。
[0019] 圖3為本實(shí)用新型的探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0020] 其中，1.天線單元、2. GNSS中頻信號采集模塊、3.直射信號處理模塊、4.反射信號 處理模塊、5.潮汐和波浪參數(shù)反演模塊、51.潮汐高度計(jì)算模塊、52.波向反演模塊、53.有 效波高和平均波周期反演模塊、6.數(shù)據(jù)存儲、輸出與顯示模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要注意的 是，根據(jù)本實(shí)用新型的岸基陣列GNSS反射信號潮汐和多波浪參數(shù)綜合探測系統(tǒng)和方法的 實(shí)施方式僅僅作為例子，但本實(shí)用新型不限于該【具體實(shí)施方式】。
[0022] 圖2為本實(shí)用新型的原理示意圖。通過本實(shí)用新型的天線單元1接收來自GNSS 衛(wèi)星的直射信號和反射信號，然后通過信號采集與數(shù)據(jù)處理終端輸出潮汐高度和波浪的有 效波高、平均波周期和波向參數(shù)。
[0023] 如圖2和圖3所示，一種岸基陣列GNSS反射信號的潮汐和多波浪參數(shù)綜合探測系 統(tǒng)，包括安裝在天線支架上的天線單元1，其中天線單元1的RHCP天線指向天頂方向，接收 直射信號，圖2中所示的LHCP位于同一個(gè)平面上，指向海面，接收海面反射的GNSS信號，天 線單元1與GNSS中頻信號采集模塊2相連，GNSS中頻信號采集模塊2與直射信號處理模塊 3相連，直射信號處理模塊3與反射信號處理模塊4相連，反射信號處理模塊4將處理結(jié)果 分別輸出給潮汐高度計(jì)算模塊51、波向反演模塊52和有效波高和平均波周期反演模塊53， 潮汐高度計(jì)算模塊51、波向反演模塊52和有效波高和平均波周期反演模塊53將計(jì)算和反 演的結(jié)果輸出給數(shù)據(jù)存儲、輸出與顯示模塊6。
[0024] 利用本實(shí)用新型進(jìn)行綜合探測的過程，如圖1所示，具體步驟如下：
[0025] 第一步、配置系統(tǒng)參數(shù)，包括設(shè)置數(shù)據(jù)的輸出更新率、碼延遲范圍、多普勒頻移范 圍、參考海拔高度點(diǎn)、天線單元1的增益、方向圖、仰角、方位角參數(shù)，以及海面粗糙度、有效 波高和平均波周期變化范圍、及常數(shù)a和b的設(shè)定；將天線單元安裝在岸邊固定支架上，所 述的RHCP天線朝向天頂方向，其中一個(gè)LHCP天線與RHCP天線朝向相反，并指向海面，