一种gnss海面大地高测量浮标的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海洋测量仪器，特别涉及用于高度计海面高度定标的海面大地高测量浮标。
【背景技术】
[0002]近20年来，卫星高度计以其高精度和高性能在海洋研究方面做出了巨大贡献，在海洋动力环境观测方面得到了广泛的应用，如大洋环流、海洋潮汐、中尺度涡旋、上升流、锋面和大地水准面与重力异常等方面的应用。为了保证高度计测量的准确性，需要对高度计观测结果进行绝对偏差定标和长期漂移定标。
[0003]高度计定标主要是利用现场测量星下点的大地高与高度计的海平面高度数据进行对比，计算二者之间的偏差和漂移。通常使用GNSS (Global Navigat1n SatelliteSystem，全球导航卫星系统)海面大地高测量浮标进行高度计海面高度定标。高度计海面高度定标的方法:将GNSS浮标布放在近海区域，静态GNSS基站布设在岸边，分别采集GNSS卫星数据，通过静态解算得到的岸基GNSS基站绝对坐标，并对GNSS浮标进行载波相位差分动态后处理，得到浮标大地高，最后根据浮标天线高获取海面大地高，对高度计海面高度结果进行定标。其中，浮标大地高为浮标天线参考点的大地高，浮标天线高为海平面到浮标天线参考点的尚度，浮标大地尚减去浮标天线尚即海面大地尚。
[0004]GNSS海面大地高测量浮标是高度计定标过程中的主要设备，但现有GNSS海面大地高测量浮标大多将GNSS天线安装在现有浮体上，而这些浮体没有进行稳定性设计，不同的形制会带来各种缺陷。
[0005]其中，将GNSS天线安装在救生圈等简易浮体上，其浮体结构为单浮体，体积较小，GNSS天线通常会贴近海平面，极易受到恶劣海况中波浪、海流等复杂条件的影响，造成GNSS信号失锁，并使大量的海面反射杂散信号进入天线，造成严重的多路径效应；而应用的球形、圆柱形、桶状等单浮体浮标，没有进行专门的姿态稳定性设计，在海洋波浪、海流等复杂条件下摇晃剧烈，容易造成GNSS信号失锁，并使大量的海面反射杂散信号进入天线，造成严重的多路径效应。GNSS信号失锁会造成数据缺失和多路径效应，会使后期数据解算过程中出现周跳、重新初始化等，解算结果缺失和解算精度下降将无法获取精确地海面大地尚。
[0006]还有，安装GNSS天线的部分浮标采用现有中、大型浮标，为保证GNSS天线不受遮挡而安装在最高处，这就造成GNSS浮标天线高难以准确测量，同时浮标摇摆过程中天线高变化过于剧烈，造成天线高误差较大。同时由于缺少进行姿态测量的传感器，无法准确获取浮标姿态，影响天线高测量精度，从而导致由GNSS浮标大地高计算海面大地高时存在较大误差。
【发明内容】
[0007]针对现有GNSS海面大地高测量浮标影响海面大地高精确测量的问题，本发明推出一种新式结构的GNSS海面大地高测量浮标，其目的在于，将浮标天线和仪器舱安装在三个浮球支撑的三角支架的中央，增进浮标的稳定性，减少海面反射杂散信号进入天线，避免GNSS信号失锁，提高海面大地高测量精确度。
[0008]本发明涉及的GNSS海面大地高测量浮标包括三角支架、浮球、GNSS天线和仪器舱。仪器舱位于三角支架中央，三角支架连接浮球，GNSS天线固定在仪器舱上部的密封舱盖上，GNSS天线上安装天线罩。
[0009]三角支架为等边三角形结构，三个角的顶尖分别连接一个浮球。三角支架采用不锈钢材质，并涂有防锈漆。
[0010]浮球为实心轻质球体，三个浮球的形状和材质相同。浮球中央有贯穿的圆孔，三角支架顶角伸出的支杆穿过浮球中央的圆孔，浮球固定在三角支架的支杆上。浮球内部填充超低吸水率、耐腐蚀的弹性泡沫，外表面喷涂聚脲弹性材料，使浮球具有良好的抗挤压和撞击能力。
[0011]仪器舱为圆筒结构，位于三角支架下方并固定在三角支架上。仪器舱顶面设置密封舱盖，仪器舱内设置电源、GNSS接收机和姿态传感器。电源和GNSS接收机固定在仪器舱侧壁的不锈钢框架上，姿态传感器固定在密封舱盖上。整个仪器舱的布置保持对称，保证浮标重心居中，在水中不会发生倾斜。
[0012]电源为磷酸铁锂电池的蓄电池电源，设置在仪器舱内的底部。通过电池配重降低浮标的重心和保证浮标重心位于海面以下。
[0013]姿态传感器为内置三轴陀螺仪与三轴加速度计的惯性测量系统，可以采集浮标摇摆和升沉信息。姿态传感器固定在仪器舱上部的密封舱盖上。
[0014]天线罩呈半圆形，由透波材料制成，通过螺丝直接固定在GNSS天线上。GNSS天线通过同轴电缆与仪器舱内的GNSS接收机连接。
[0015]本发明涉及的GNSS海面大地高测量浮标通过船只运输部署在目标海域，通过缆绳固定在船上。缆绳密度略低于海水，漂浮在海面上，保证浮标仅受到水平方向作用力，减少对浮标姿态的影响。浮标漂浮在海面上，通过GNSS天线采集GNSS导航信号，并存储在接收机内。内置的姿态传感器采集浮标运动姿态信息，并存储在配套的数据存储器内。测量完成后回收浮标和数据，并对GNSS导航信号和姿态信息进行处理，获取测量海域的海面大地尚。
[0016]本发明涉及的GNSS海面大地高测量浮标的仪器舱安装在浮标中央，三个浮球位于四周，通过三角支架结构保证了浮标的结构稳定性，保障其在海洋波浪、海流、风等复杂条件中的姿态稳定，克服了单个浮体浮标容易出现大角度倾斜的不足。通过提高浮标的姿态稳定性，保障了 GNSS天线接收信号的稳定性，防止出现GNSS卫星导航信号失锁现象，并采用扼流圈天线防止海面反射杂散信号进入天线造成多路径效应，从而提高数据采集质量，为高精度的海面大地高解算奠定基础。
[0017]本发明涉及的GNSS浮标具备部署灵活、成本低的特点，可根据卫星过境情况不同时间在多个地区进行高度计定标工作。GNSS浮标在离岸潮汐测量、海嘯预警等方面也有广泛的应用。
【附图说明】
[0018]图1是GNSS海面大地高测量浮标的整体结构图；
[0019]图2是GNSS海面大地高测量浮标仪器舱结构图；
[0020]图3是GNSS海面大地高测量浮标仪器舱盖结构图。
[0021]图中的标记说明:
[0022]1、天线罩2、浮球
[0023]3、密封舱盖4、三角支架
[0024]5、仪器舱6、GNSS接收机
[0025]7、姿态传感器
【具体实施方式】
[0026]结合附图对本发明的技术方案进一步说明，图1显示本发明的基本结构，图2和图3显示其仪器舱和仪器舱盖的基本结构。如图所示，本发明涉及的GNSS海面大地高测量浮标包括三角支架4、浮球2、GNSS天线和仪器舱5。仪器舱5位于三角支架4中央，三角支架4连接浮球2，GNSS天线固定在仪器舱5上部的密封舱盖3上，天线罩1通过螺丝直接固定在GNSS天线上。
[0027]GNSS天线采用扼流圈天线，固定在仪器舱5上部的密封舱盖3上。GNSS天线通过同轴电缆与仪器舱5内的GNSS接收机6连接。
[0028]三角支架4呈等边三角形结构，三个角的顶尖分别连接一个浮球2。三角支架4为不锈钢材质，并涂有防锈漆。
[0029]浮球2为实心轻质球体，三个浮球的形状和材质相同。浮球2的中央有贯穿的圆孔，三角支架4顶角伸出的支杆穿过浮球2中央的圆孔，浮球2固定在三角支架4的支杆上。浮球2内部填充超低吸水率、耐腐蚀的弹性泡沫，外表面喷涂聚脲弹性材料，使浮球具有良好的抗挤压和撞击能力。
[0030]仪器舱5呈圆筒结构，位于三角支架4下方并固定在三角支架4上。仪器舱5顶面设置密封舱盖3，密封舱盖3由“0”型圈密封。仪器舱5内设置电源、GNSS接收机6和姿态传感器7。电源和GNSS接收机6固定在仪器舱5侧壁的不锈钢框架上，姿态传感器固定在密封舱盖3上。整个仪器舱的布置保持对称，保证浮标重心居中，在水中不会发生倾斜。
[0031]浮球2为实心轻质球体，三个浮球的形状和材质相同。浮球2中央有贯穿的圆孔，支架顶角伸出的支杆穿过浮球2中央的圆孔，浮球2固定在三角支架上。浮球2内部填充超低吸水率、耐腐蚀的弹性泡沫，外表面喷涂聚脲弹性材料，使浮球2具有良好的抗挤压和撞击能力。
[0032]电源为磷酸铁锂电池的蓄电池电源，设置在仪器舱5内的底部。通过电池配重降低浮标的重心和保证浮标重心位于海面以下。
[0033]姿态传感器7为内置三轴陀螺仪与三轴加速度计的惯性测量系统，可以采集浮标摇摆和升沉信息，姿态传感器7对天线高进行校正，得到准确的海面大地高测量结果。姿态传感器7固定在仪器舱上部的密封舱盖3上。
【主权项】
1.一种GNSS海面大地高测量浮标，其特征在于:包括三角支架、浮球、GNSS天线和仪器舱；仪器舱位于三角支架中央，三角支架连接浮球，GNSS天线固定在仪器舱上部的密封舱盖上，GNSS天线上安装天线罩； 所述浮球中央有贯穿的圆孔，三角支架顶角伸出的支杆穿过浮球中央的圆孔，浮球固定在三角支架的支杆上； 所述仪器舱为圆筒结构，位于三角支架下方并固定在三角支架上；仪器舱顶面设置密封舱盖，仪器舱内设置电源、GNSS接收机和姿态传感器。2.根据权利要求1所述的GNSS海面大地高测量浮标，其特征在于:所述三角支架呈等边三角形结构，三个角的顶尖分别连接一个浮球。3.根据权利要求1所述的GNSS海面大地高测量浮标，其特征在于:所述浮球为实心轻质球体，三个浮球的形状和材质相同，浮球内部填充超低吸水率、耐腐蚀的弹性泡沫。4.根据权利要求1所述的GNSS海面大地高测量浮标，其特征在于:所述电源和GNSS接收机固定在仪器舱内侧壁的不锈钢框架上。5.根据权利要求1所述的GNSS海面大地高测量浮标，其特征在于:所述姿态传感器固定在密封舱盖上。6.根据权利要求1所述的GNSS海面大地高测量浮标，其特征在于:所述电源为磷酸铁锂电池的蓄电池电源，设置在仪器舱内的底部。7.根据权利要求1所述的GNSS海面大地高测量浮标，其特征在于:所述GNSS天线采用扼流圈天线，GNSS天线通过同轴电缆与仪器舱内的GNSS接收机连接。8.根据权利要求1所述的GNSS海面大地高测量浮标，其特征在于:所述密封舱盖由“0”型圈密封。
【专利摘要】本发明公开了一种GNSS海面大地高测量浮标，包括三角支架、浮球、GNSS天线和仪器舱。仪器舱位于三角支架中央，三角支架连接浮球，GNSS天线固定在仪器舱上部的密封舱盖上，GNSS天线上安装天线罩。浮球为实心轻质球体，浮球中央有贯穿的圆孔，三角支架顶角伸出的支杆穿过浮球中央的圆孔，浮球固定在三角支架的支杆上。仪器舱固定在三角支架上，仪器舱顶面设置密封舱盖，仪器舱内设置电源、GNSS接收机和姿态传感器。GNSS天线采用扼流圈天线，通过同轴电缆与仪器舱内的GNSS接收机连接。利用GNSS基站对GNSS浮标进行动态相对定位，并据浮标天线高和姿态获取精确地海面大地高。
【IPC分类】B63B22/24
【公开号】CN105253255
【申请号】CN201510750542
【发明人】闫龙浩, 朱建华, 陈春涛, 张晓旭, 张倩, 翟万林
【申请人】国家海洋技术中心
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月6日