一種gnss海面大地高測量浮標的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及海洋測量儀器，特別涉及用于高度計海面高度定標的海面大地高測量浮標。
【背景技術】
[0002]近20年來，衛(wèi)星高度計以其高精度和高性能在海洋研究方面做出了巨大貢獻，在海洋動力環(huán)境觀測方面得到了廣泛的應用，如大洋環(huán)流、海洋潮汐、中尺度渦旋、上升流、鋒面和大地水準面與重力異常等方面的應用。為了保證高度計測量的準確性，需要對高度計觀測結果進行絕對偏差定標和長期漂移定標。
[0003]高度計定標主要是利用現(xiàn)場測量星下點的大地高與高度計的海平面高度數(shù)據(jù)進行對比，計算二者之間的偏差和漂移。通常使用GNSS(Global Navigat1n SatelliteSystem，全球導航衛(wèi)星系統(tǒng))海面大地高測量浮標進行高度計海面高度定標。高度計海面高度定標的方法:將GNSS浮標布放在近海區(qū)域，靜態(tài)GNSS基站布設在岸邊，分別采集GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過靜態(tài)解算得到的岸基GNSS基站絕對坐標，并對GNSS浮標進行載波相位差分動態(tài)后處理，得到浮標大地高，最后根據(jù)浮標天線高獲取海面大地高，對高度計海面高度結果進行定標。其中，浮標大地高為浮標天線參考點的大地高，浮標天線高為海平面到浮標天線參考點的尚度，浮標大地尚減去浮標天線尚即海面大地尚。
[0004]GNSS海面大地高測量浮標是高度計定標過程中的主要設備，但現(xiàn)有GNSS海面大地高測量浮標大多將GNSS天線安裝在現(xiàn)有浮體上，而這些浮體沒有進行穩(wěn)定性設計，不同的形制會帶來各種缺陷。
[0005]其中，將GNSS天線安裝在救生圈等簡易浮體上，其浮體結構為單浮體，體積較小，GNSS天線通常會貼近海平面，極易受到惡劣海況中波浪、海流等復雜條件的影響，造成GNSS信號失鎖，并使大量的海面反射雜散信號進入天線，造成嚴重的多路徑效應;而應用的球形、圓柱形、桶狀等單浮體浮標，沒有進行專門的姿態(tài)穩(wěn)定性設計，在海洋波浪、海流等復雜條件下?lián)u晃劇烈，容易造成GNSS信號失鎖，并使大量的海面反射雜散信號進入天線，造成嚴重的多路徑效應。GNSS信號失鎖會造成數(shù)據(jù)缺失和多路徑效應，會使后期數(shù)據(jù)解算過程中出現(xiàn)周跳、重新初始化等，解算結果缺失和解算精度下降將無法獲取精確地海面大地高。
[0006]還有，安裝GNSS天線的部分浮標采用現(xiàn)有中、大型浮標，為保證GNSS天線不受遮擋而安裝在最高處，這就造成GNSS浮標天線高難以準確測量，同時浮標搖擺過程中天線高變化過于劇烈，造成天線高誤差較大。同時由于缺少進行姿態(tài)測量的傳感器，無法準確獲取浮標姿態(tài)，影響天線高測量精度，從而導致由GNSS浮標大地高計算海面大地高時存在較大誤差。
【實用新型內容】
[0007]針對現(xiàn)有GNSS海面大地高測量浮標影響海面大地高精確測量的問題，本實用新型推出一種新式結構的GNSS海面大地高測量浮標，其目的在于，將浮標天線和儀器艙安裝在三個浮球支撐的三角支架的中央，增進浮標的穩(wěn)定性，減少海面反射雜散信號進入天線，避免GNSS信號失鎖，提高海面大地高測量精確度。
[0008]本實用新型涉及的GNSS海面大地高測量浮標包括三角支架、浮球、GNSS天線和儀器艙。儀器艙位于三角支架中央，三角支架連接浮球，GNSS天線固定在儀器艙上部的密封艙蓋上，GNSS天線上安裝天線罩。
[0009]三角支架為等邊三角形結構，三個角的頂尖分別連接一個浮球。三角支架采用不銹鋼材質，并涂有防銹漆。
[0010]浮球為實心輕質球體，三個浮球的形狀和材質相同。浮球中央有貫穿的圓孔，三角支架頂角伸出的支桿穿過浮球中央的圓孔，浮球固定在三角支架的支桿上。浮球內部填充超低吸水率、耐腐蝕的彈性泡沫，外表面噴涂聚脲彈性材料，使浮球具有良好的抗擠壓和撞擊能力。
[0011]儀器艙為圓筒結構，位于三角支架下方并固定在三角支架上。儀器艙頂面設置密封艙蓋，儀器艙內設置電源、GNSS接收機和姿態(tài)傳感器。電源和GNSS接收機固定在儀器艙側壁的不銹鋼框架上，姿態(tài)傳感器固定在密封艙蓋上。整個儀器艙的布置保持對稱，保證浮標重心居中，在水中不會發(fā)生傾斜。
[0012]電源為磷酸鐵鋰電池的蓄電池電源，設置在儀器艙內的底部。通過電池配重降低浮標的重心和保證浮標重心位于海面以下。
[0013]姿態(tài)傳感器為內置三軸陀螺儀與三軸加速度計的慣性測量系統(tǒng)，可以采集浮標搖擺和升沉信息。姿態(tài)傳感器固定在儀器艙上部的密封艙蓋上。
[0014]天線罩呈半圓形，由透波材料制成，通過螺絲直接固定在GNSS天線上。GNSS天線通過同軸電纜與儀器艙內的GNSS接收機連接。
[0015]本實用新型涉及的GNSS海面大地高測量浮標通過船只運輸部署在目標海域，通過纜繩固定在船上。纜繩密度略低于海水，漂浮在海面上，保證浮標僅受到水平方向作用力，減少對浮標姿態(tài)的影響。浮標漂浮在海面上，通過GNSS天線采集GNSS導航信號，并存儲在接收機內。內置的姿態(tài)傳感器采集浮標運動姿態(tài)信息，并存儲在配套的數(shù)據(jù)存儲器內。測量完成后回收浮標和數(shù)據(jù)，并對GNSS導航信號和姿態(tài)信息進行處理，獲取測量海域的海面大地尚ο
[0016]本實用新型涉及的GNSS海面大地高測量浮標的儀器艙安裝在浮標中央，三個浮球位于四周，通過三角支架結構保證了浮標的結構穩(wěn)定性，保障其在海洋波浪、海流、風等復雜條件中的姿態(tài)穩(wěn)定，克服了單個浮體浮標容易出現(xiàn)大角度傾斜的不足。通過提高浮標的姿態(tài)穩(wěn)定性，保障了 GNSS天線接收信號的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)GNSS衛(wèi)星導航信號失鎖現(xiàn)象，并采用扼流圈天線防止海面反射雜散信號進入天線造成多路徑效應，從而提高數(shù)據(jù)采集質量，為高精度的海面大地高解算奠定基礎。
[0017]本實用新型涉及的GNSS浮標具備部署靈活、成本低的特點，可根據(jù)衛(wèi)星過境情況不同時間在多個地區(qū)進行高度計定標工作。GNSS浮標在離岸潮汐測量、海嘯預警等方面也有廣泛的應用。
【附圖說明】
[0018]圖1是GNSS海面大地高測量浮標的整體結構圖；
[0019]圖2是GNSS海面大地高測量浮標儀器艙結構圖；
[0020]圖3是GNSS海面大地高測量浮標儀器艙蓋結構圖。
[0021]圖中的標記說明:
[0022]1、天線罩2、浮球
[0023]3、密封艙蓋4、三角支架
[0024]5、儀器艙6、GNSS接收機
[0025]7、姿態(tài)傳感器
【具體實施方式】
[0026]結合附圖對本實用新型的技術方案進一步說明，圖1顯示本實用新型的基本結構，圖2和圖3顯示其儀器艙和儀器艙蓋的基本結構。如圖所示，本實用新型涉及的GNSS海面大地高測量浮標包括三角支架4、浮球2、GNSS天線和儀器艙5。儀器艙5位于三角支架4中央，三角支架4連接浮球2，GNSS天線固定在儀器艙5上部的密封艙蓋3上，天線罩1通過螺絲直接固定在GNSS天線上。
[0027]GNSS天線采用扼流圈天線，固定在儀器艙5上部的密封艙蓋3上。GNSS天線通過同軸電纜與儀器艙5內的GNSS接收機6連接。
[0028]三角支架4呈等邊三角形結構，三個角的頂尖分別連接一個浮球2。三角支架4為不銹鋼材質，并涂有防銹漆。
[0029]浮球2為實心輕質球體，三個浮球的形狀和材質相同。浮球2的中央有貫穿的圓孔，三角支架4頂角伸出的支桿穿過浮球2中央的圓孔，浮球2固定在三角支架4的支桿上。浮球2內部填充超低吸水率、耐腐蝕的彈性泡沫，外表面噴涂聚脲彈性材料，使浮球具有良好的抗擠壓和撞擊能力。
[0030]儀器艙5呈圓筒結構，位于三角支架4下方并固定在三角支架4上。儀器艙5頂面設置密封艙蓋3，密封艙蓋3由“0”型圈密封。儀器艙5內設置電源、GNSS接收機6和姿態(tài)傳感器
7。電源和GNSS接收機6固定在儀器艙5側壁的不銹鋼框架上，姿態(tài)傳感器固定在密封艙蓋3上。整個儀器艙的布置保持對稱，保證浮標重心居中，在水中不會發(fā)生傾斜。
[0031]浮球2為實心輕質球體，三個浮球的形狀和材質相同。浮球2中央有貫穿的圓孔，支架頂角伸出的支桿穿過浮球2中央的圓孔，浮球2固定在三角支架上。浮球2內部填充超低吸水率、耐腐蝕的彈性泡沫，外表面噴涂聚脲彈性材料，使浮球2具有良好的抗擠壓和撞擊能力。
[0032]電源為磷酸鐵鋰電池的蓄電池電源，設置在儀器艙5內的底部。通過電池配重降低浮標的重心和保證浮標重心位于海面以下。
[0033]姿態(tài)傳感器7為內置三軸陀螺儀與三軸加速度計的慣性測量系統(tǒng)，可以采集浮標搖擺和升沉信息，姿態(tài)傳感器7對天線高進行校正，得到準確的海面大地高測量結果。姿態(tài)傳感器7固定在儀器艙上部的密封艙蓋3上。
【主權項】
1.一種GNSS海面大地高測量浮標，其特征在于:包括三角支架、浮球、GNSS天線和儀器艙;儀器艙位于三角支架中央，三角支架連接浮球，GNSS天線固定在儀器艙上部的密封艙蓋上，GNSS天線上安裝天線罩； 所述浮球中央有貫穿的圓孔，三角支架頂角伸出的支桿穿過浮球中央的圓孔，浮球固定在三角支架的支桿上； 所述儀器艙為圓筒結構，位于三角支架下方并固定在三角支架上；儀器艙頂面設置密封艙蓋，儀器艙內設置電源、GNSS接收機和姿態(tài)傳感器。2.根據(jù)權利要求1所述的GNSS海面大地高測量浮標，其特征在于:所述三角支架呈等邊三角形結構，三個角的頂尖分別連接一個浮球。3.根據(jù)權利要求1所述的GNSS海面大地高測量浮標，其特征在于:所述浮球為實心輕質球體，三個浮球的形狀和材質相同，浮球內部填充超低吸水率、耐腐蝕的彈性泡沫。4.根據(jù)權利要求1所述的GNSS海面大地高測量浮標，其特征在于:所述電源和GNSS接收機固定在儀器艙內側壁的不銹鋼框架上。5.根據(jù)權利要求1所述的GNSS海面大地高測量浮標，其特征在于:所述姿態(tài)傳感器固定在密封艙蓋上。6.根據(jù)權利要求1所述的GNSS海面大地高測量浮標，其特征在于:所述電源為磷酸鐵鋰電池的蓄電池電源，設置在儀器艙內的底部。7.根據(jù)權利要求1所述的GNSS海面大地高測量浮標，其特征在于:所述GNSS天線采用扼流圈天線，GNSS天線通過同軸電纜與儀器艙內的GNSS接收機連接。8.根據(jù)權利要求1所述的GNSS海面大地高測量浮標，其特征在于:所述密封艙蓋由“0”型圈密封。
【專利摘要】本實用新型公開了一種GNSS海面大地高測量浮標，包括三角支架、浮球、GNSS天線和儀器艙。儀器艙位于三角支架中央，三角支架連接浮球，GNSS天線固定在儀器艙上部的密封艙蓋上，GNSS天線上安裝天線罩。浮球為實心輕質球體，浮球中央有貫穿的圓孔，三角支架頂角伸出的支桿穿過浮球中央的圓孔，浮球固定在三角支架的支桿上。儀器艙固定在三角支架上，儀器艙頂面設置密封艙蓋，儀器艙內設置電源、GNSS接收機和姿態(tài)傳感器。GNSS天線采用扼流圈天線，通過同軸電纜與儀器艙內的GNSS接收機連接。利用GNSS基站對GNSS浮標進行動態(tài)相對定位，并據(jù)浮標天線高和姿態(tài)獲取精確地海面大地高。
【IPC分類】B63B22/24
【公開號】CN205098417
【申請?zhí)枴緾N201520884333
【發(fā)明人】閆龍浩, 朱建華, 陳春濤, 張曉旭, 張倩, 翟萬林
【申請人】國家海洋技術中心
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月6日