单点GPS测速的应用于海浪监测之与研究.pdfVIP

中国地球物理2011 ·813· 22 空间大地测量、地壳运动与天文地球动力学 单点GPS测速应用于海浪监测之研究 The of GPSabsolute estimationtomonitorwave studyusing velocity 单瑞1，’ 刘焱雄2赵铁虎1冯义楷2 ShanRuil·+Liu ZhaoTiehul Yikai2 Yanxion92 Feng 1．国土资源部 青岛海洋地质研究所 青岛266071； 2．国家海洋局第一海洋研究所青岛266061 1．引言 海洋波动是海水重要的运动形式之一。海浪作为海洋中的重要运动现象，对人类在海上活动及近岸活动 有着巨大影响．有必要实时监测海浪的变化并研究其运动规律。GPS信号覆盖范围广且可以全天候工作，具 备精密定位、测速能力。鉴于GPS技术可以获取载体高精度的速度信息，结合GPS单点测速技术手段， 并将GPS接收机搭载于小型测量船或浮标之上，通过连续观测并将采集之速度数据经计算之后提取海面位 移数据，进一步通过波浪方向谱计算即可得到海浪的相关信息。该方法无需其他传感器，具有系统集成简 单、成本低、体积小、不受基站限制等优点，本文主要目的旨在探讨GPS单点测速各模型所能达到的精度， 探讨其在海浪监测应用方面的可行性。 2．静态试验 该试验研究共分为两部分：原始多普勒测速及导出多普勒测速。 原始多普勒测速试验采用两种不同型号接收机按照相同采样频率进行数据采集。经解算得，LEICA GXl230接收机的测速误差部分历元达到dm／s，大部分历元在5crn／s左右，而TRIMBLE4000SSI接收机的 测速精度明显好于前者。误差均控制在3cm／s以内，一半以上历元达到亚cm／s的精度。由此，可以验证原 始多普勒的精度与接收机类型有关且其对测速的影响较大。 导出多普勒测速试验分别采用0．5s及0．1S高频数据进行解算研究。经试算，利用导出多普勒观测值解 算的结果在三个方向上均优于采用原始多普勒观测值解算的结果，其测速精度可达到为1～2cm／s。并且该 方法的解算精度随着数据采样率的提高而提高。 3．动态试验 为验证GPS多普勒测速方法在动态环境下所能达到的精度进行了该项试验。众所周知，GPS—RTK测 量可以实时得到cm级的定位结果，因此利用其得到的位置信息差分得到的速度也具有较高的精度。为验 证两种方法的附合精度，计算各历元两种方法所测速度的差值，并做统计分析，两种方法所测速度实时变 化情况表现出高度的一致性。 4．海浪测量实验 为验证GPS单点测速方法在波浪测量中的可行性，将导出多普勒测速方法应用于海浪测量实验，GPS 数据经解算之后与现有的最成熟的波浪测量手段 Datawell测波仪 进行了比对。实验结果表明该方法与传 统方法测得结果附合较好。 5．结论 利用原始多普勒观测值进行单点测速，受接收机类型的制约较为明显。而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 l。2cm／s。动态试验结果表明，利用导出多普勒测速与RTK位置差分测速可以达到很好的一致性以及较高 的符合精度。经实验验证将该方法应用于海浪监测具有较高的可行性。 本研究由863项目 2009AAl22127 和国家节能减排专项 FZ01．04 联合资助。 参考文献 CarrierPhase Simulationin G’CannonME．DGPSKinematic the 【1】yahS，Lachapelle Signal AnalysisVelocityDomain[C】．ION， 997． Kansas，l 【2】周忠谟，易杰军．GPS卫星测量原理与应用【M】．修订版．北京：测绘出版社，1997． 【3】侍茂崇。高郭平，鲍献文．海洋调查方法【M】．青岛：中国海洋大学出版杜，2000． 【4】俞聿修．随机海浪及其工程应用【M】．大连：大连理]-大学出版社，2003．