[發明專利]一種基于組合導航技術的涌浪測量方法及系統

有效

• 申請號: 201911380869.2
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN110986897B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 邵翁杰;易凱
• 申請（專利權）人: 武漢邁普時空導航科技有限公司
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01C21/16;G01S19/14;G01S19/47
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 唐勇

本發明公開了一種基于組合導航技術的涌浪測量方法及系統，涉及精密測量領域，該方法包括測量預設持續時間段內的水面高度，并對測量的水面高度取平均值得到水面平均高度，同時獲取位于水面的慣導傳感器輸出的速度和姿態信息；創建一個升沉濾波器；根據慣導傳感器輸出的姿態信息和加速度計原始觀測值，對加速計速度增量輸出值進行補償；計算出當前時刻的速度；根據上一個歷元的高程，以及當前歷元和上一個歷元的速度，計算得到當前歷元結束后的高程，從而得到當前實際水面高度；基于當前實際水面高度和水面平均高度，計算得到當前涌浪值。本發明能夠得到高精度、高采樣率的涌浪數據。

技術領域

本發明涉及精密測量領域，具體涉及一種基于組合導航技術的涌浪測量方法及系統。

背景技術

隨著人類對海洋環境的開發，其中對海洋涌浪的精密觀測對海洋環境測繪有著十分重要的意義。涌浪是風浪離開吹風區域后形成的波浪，可看作是有許多振幅不等、頻率不等、傳播方向不同并具有隨機初相位的正弦波的分量累加而成，涌浪對船舶的航行有著直接的影響。

傳統方式中對于涌浪的測量，是在測波浮標內部安裝加速度傳感器，加速度計測量海水質點沿重力方向的加速度，經過二次積分后求得波高，但是，加速度數據中的噪聲誤差會在二次積分運算中累計到涌浪數據的誤差中，使得涌浪數據的誤差變大，降低測量的精度。

單獨的北斗測量方式，是在浮標中安裝一個GNSS(Global Navigation SatelliteSystem，全球導航衛星系統)接收機和一個差分數據通訊模塊，計算出浮標的三維位置坐標，在衛星情況良好以及差分通訊正常的情況下可以提供良好的位置信息，但GNSS接收機一般只能提供較低頻率的位置輸出，導致可能出現因衛星數據質量不佳而丟失位置觀測值的情況，同時若差分通訊若中斷，即使是短時間中斷也會將定位誤差直接提高到米級，極大的影響了涌浪測量精度。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于組合導航技術的涌浪測量方法及系統，能夠得到高精度、高采樣率的涌浪數據。

為達到以上目的，本發明提供的一種基于組合導航技術的涌浪測量方法，包括以下步驟：

測量預設持續時間段內的水面高度，并對測量的水面高度取平均值得到水面平均高度，同時獲取位于水面的慣導傳感器輸出的速度和姿態信息；

利用慣導傳感器的導航輸出和原始測量值，以及GNSS的觀測值，創建一個升沉濾波器；

根據慣導傳感器輸出的姿態信息和慣導傳感器原始觀測值，對慣導傳感器速度增量輸出值進行補償；

基于慣導傳感器的數據輸出比力和當地重力加速度，計算出當前時刻的速度；

根據上一個歷元的高程，以及當前歷元和上一個歷元的速度，計算得到當前歷元結束后的高程，從而得到當前實際水面高度；

基于當前實際水面高度和水面平均高度，計算得到當前涌浪值。

在上述技術方案的基礎上，所述對慣導傳感器速度增量輸出值進行補償，具體的補償計算公式為：

其中，表示補償后的慣導傳感器速度增量輸出值，s_a表示慣導傳感器比例因子，表示載體坐標系轉換至地理坐標系的姿態轉換矩陣，表示慣導傳感器原始觀測值，b_a表示慣導傳感器零偏，Δt_k表示增量形式的觀測時間長度，T表示矩陣的轉置運算符號。

在上述技術方案的基礎上，

所述計算出當前時刻的速度，計算公式為：

其中，表示當前時刻的速度，f^b表示慣導傳感器實際輸出的比力，gⁿ表示當地重力加速度；