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基于GPS单点测速的海浪及潮位测量应用研究

作　者: 单瑞
导　师: 独知行；刘焱雄
学　校: 山东科技大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: GPS单点测速海浪测量潮位测量谱分析滑动平均
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

海浪和潮汐作为海洋中重要的运动现象,对人类在海上活动及近岸活动有着巨大影响,到目前为止,已经出现了各式各样的海浪、潮位测量仪器和方法。尽管现有方法能对海浪进行有效测量,但缺点也很明显。目测法和光学式手段不能满足恶劣天气及夜间观测的要求,重力、声学和水压式测波设备价格一般较贵,且若想得到位置信息还需另外加装GPS定位设备。传统潮位测量技术都需在已知点处验潮,受条件制约较为明显。GPS具有全天候、高精度、简单、廉价等诸多优势,且GPS可以对载体速度进行有效的测量。通过船载或浮标的GPS多普勒测量,可以实时测定载体的三维瞬时速度,积分变换后可以反演出测点处的波面起伏,结合谱分析的方法可以获取平均波高、平均周期等海浪参数。同时,利用上述观测数据也可以实现潮汐信息提取。相比传统的潮位测量技术GPS在航潮位测量可随时随地进行,方便有效。不同的GPS接收机类型产生不同的测速噪声,即使同种类型的GPS接收机也会产生测速噪声差异,因此应进行测速噪声测定。利用原始多普勒观测值进行单点测速,精度较低,建议改用导出多普勒数据重新进行速度计算。采用导出多普勒值测速,用户利用单频机单点观测即可实现。只要保证数据的采样率,其能达到的测速精度是较高的,可以达到1-2cm/s。本文介绍了GPS单点测速的原理和方法,分析对比了已有测速方法的精度,并对影响测速精度的误差做出了分析,将GPS单点测速方法引入到海浪及潮位测量实验,结合谱分析的方法,提取了海浪平均周期、平均波高以及潮位变化值。与现有技术手段做了对比分析。采用GPS测速的方式,可以有效获取海浪和潮汐信息,与测波仪和验潮仪的结果表现出较好的一致性。本文的试验结果显示,GPS测量潮汐与验潮仪的结果相关性高达0.98,平均误差为-1.6cm；GPS测量海浪与测波仪的结果在浪高上仅仅相差5cm,周期上互差0.7s。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-16
  1.1 研究背景  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-14
  1.3 本文主要研究内容  14-16
2 GPS单点测速原理  16-27
  2.1 引言  16
  2.2 常用坐标系及其转换  16-18
  2.3 载体位置测定  18-19
  2.4 卫星位置和速度的计算  19-22
  2.5 GPS单点测速方法  22-25
  2.6 GPS单点测速误差分析  25-26
  2.7 本章小结  26-27
3 海浪及潮位测量原理  27-37
  3.1 引言  27
  3.2 海浪观测  27-30
  3.3 潮位测量  30-36
  3.4 本章小结  36-37
4 单点波浪谱分析  37-47
  4.1 引言  37
  4.2 随机海浪基本理论  37-38
  4.3 波面位移的获取  38
  4.4 海浪功率谱估计  38-44
  4.5 海浪交叉谱估计  44
  4.6 海浪方向谱估计  44-46
  4.7 本章小结  46-47
5 测速及海浪测量实验  47-58
  5.1 软件编制  47-49
  5.2 测速试验及分析  49-53
  5.3 海浪及潮位测量实验与分析  53-56
  5.4 本章小结  56-58
6 总结与展望  58-60
  6.1 总结  58
  6.2 展望  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-64
攻读硕士期间主要成果  64-65

基于GPS单点测速的海浪及潮位测量应用研究

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