CN111409774A - 一种用于测量海面高的gnss浮标 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于测量海面高的GNSS浮标。该GNSS浮标包括:浮标浮体、浮标天线以及超声波液位计,浮标浮体中开设有至少两个贯穿浮标浮体上下表面的仪器井,超声波液位计安装于仪器井内部的下端,且超声波液位计的超声波换能器朝向仪器井上方的井口;其中,两个仪器井的轴线与天线的中轴线在同一平面内,两个仪器井中的超声波液位计的测量零点与浮标浮体上平面的高度差相同,且超声波液位计的零点与浮标的最大吃水位置的高差小于超声波液位计的量程;仪器井为竖直井,超声波换能器的超声波发射方向与仪器井的长度方向平行。本发明提供的GNSS浮标考虑了吃水线动态变化的问题,提高了测量的精度。

Description

一种用于测量海面高的GNSS浮标
技术领域
本发明涉及海面高测量领域,特别是涉及一种用于测量海面高的GNSS浮标。
背景技术
GNSS浮标测量水面高度的基本过程为:将GNSS浮标布放在测区水域,静态GNSS基站布设在岸边,分别采集GNSS卫星数据,利用岸基GNSS基站对GNSS浮标进行载波相位差分动态后处理,得到浮标天线大地高,最后根据浮标天线高获取水面大地高。但是,在风、浪、海流等的影响下,浮标布放后会在水体中不断发生倾斜并随波浪上下运动,在动态运动情况下,浮标的平均吃水线与在静态情况下的吃水线并不一致(浮标体积越大,这一现象就越明显),也就是说随着风、浪、流的变化,吃水线也在发生改变。而现有技术中测量海面高的浮标均是基于吃水线不变的情况进行的测量,并没有考虑吃水线时刻在发生着变化这一问题,这使测量存在着误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测量海面高的GNSS浮标,该GNSS浮标考虑了吃水线动态变化的问题,提高了测量的精度。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种用于测量海面高的GNSS浮标,包括:浮标浮体、浮标天线以及超声波液位计,所述浮标浮体中开设有至少两个贯穿所述浮标浮体上下表面的仪器井,所述超声波液位计安装于所述仪器井内部的下端,且所述超声波液位计的超声波换能器朝向所述仪器井上方的井口;其中,两个所述仪器井的轴线与所述天线的中轴线在同一平面内,两个所述仪器井中的超声波液位计的测量零点与所述浮标浮体上平面的高度差相同,且所述超声波液位计的零点与浮标的最大吃水位置的高差小于所述超声波液位计的量程;所述仪器井为竖直井,所述超声波换能器的超声波发射方向与所述仪器井的长度方向平行。
可选的,轴线与所述天线的中轴线在同一平面内的两个仪器井关于所述天线的中轴线对称。
可选的,所述浮标浮体的中轴线与所述天线的中轴线重合。
可选的,所述GNSS浮标还包括:姿态传感器,用于检测GNSS浮标的倾斜角度。
可选的,所述浮标浮体的中心位置开设有仪器舱,所述姿态传感器安装于所述仪器舱横截面的中心位置。
可选的,所述仪器舱为圆柱形仪器舱。
可选的,所述超声波液位计安装于所述仪器井下端横截面的中心位置。
本发明还提供了另一种用于测量海面高的GNSS浮标,包括:浮标浮体、浮标天线、超声波液位计以及姿态传感器,所述浮标浮体中开设有贯穿所述浮标浮体上下表面的仪器井,所述超声波液位计安装于所述仪器井内部的下端,且所述超声波液位计的超声波换能器朝向所述仪器井上方的井口;所述姿态传感器用于检测GNSS浮标的倾斜角度;其中,所述超声波液位计的零点与浮标的最大吃水位置的高差小于所述超声波液位计的量程,所述仪器井为竖直井,所述超声波换能器的超声波发射方向与所述仪器井的长度方向平行。
可选的,所述浮标浮体的中心位置开设有仪器舱,所述姿态传感器安装于所述仪器舱横截面的中心位置。
可选的,所述超声波液位计安装于所述仪器井下端横截面的中心位置。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:本发明提供的用于测量海面高的GNSS浮标在浮标浮体中开设了贯穿浮标浮体上下表面的仪器井,在仪器井中安装了超声波液位计,通过超声波液位计的测量数据(结合姿态传感器采集到的GNSS浮标的倾斜角度)确定天线参考点到水面的实际距离。结合天线的大地高(根据基站采集到的GNSS卫星数据确定)便可以确定测量区域的海面高。本发明提供的GNSS浮标考虑了变化的吃水深度,提高了海面高的测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中测量海面高的GNSS浮标的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种用于测量海面高的GNSS浮标,如图1所示,该GNSS浮标包括:浮标浮体2、浮标天线1以及超声波液位计4,所述浮标浮体2中开设有至少两个贯穿所述浮标浮体2上下表面的仪器井3,所述超声波液位计4安装于所述仪器井3内部的下端,且所述超声波液位计4的超声波换能器朝向所述仪器井3上方的井口;其中,两个所述仪器井的轴线与所述天线的中轴线在同一平面内,即三个轴线位于同一平面内(如图1所示)。两个所述仪器井中的超声波液位计的测量零点与所述浮标浮体上平面的高度差相同,且所述超声波液位计的零点与浮标的最大吃水位置的高差小于所述超声波液位计的量程;所述仪器井为竖直井,所述超声波换能器的超声波发射方向与所述仪器井的长度方向平行。在本实施例中,根据两个仪器井3到天线的中轴线的垂直距离d1和d2以及两个超声液位计测量得到的吃水深度h1和h2,便可以计算出h3
Figure BDA0002483915160000031
以及浮标的倾斜角度α=arctan[(h2-h1)/(d1+d2)],然后根据h=(H-h3)cosα即可计算出天线参考点到水面的实际距离h,其中,H为天线高,即天线参考点至超声波液位计零点的高度差。
在实施例中,超声波液位计4利用超声波在水中的声速和超声波发射到接收的时间,自动换算出超声波液位计零点到水面的距离,即超声液位计的吃水深度h1和h2。本实施例在计算得到h后,根据h以及天线的大地高(根据基站采集到的GNSS卫星数据确定)确定测量区域的海面高。本实施例考虑了变化的吃水深度h3,使计算得到的海面高更加的准确。
在本实施例中,作为一种优选的实施方式,两个仪器井3可以关于天线的中轴线对称设置,此时,h3的计算公式优化为h3=(h1+h2)/2。
在上一实施例中,作为一种优选的实施方式,所述浮标浮体2的中轴线可以与所述天线1的中轴线重合。此时,由于仪器井3关于天线的中轴线对称设置,这使得仪器井3也关于浮标浮体2中轴线的对称,这一结构设计能够保证浮标整体的稳定性。
在上述实施例中,所述GNSS浮标还可以包括:用于检测GNSS浮标的倾斜角度α的姿态传感器。作为一种优选的实施方式,该姿态传感器可以安装在浮标浮体2的中心位置,具体的实现方式可以为:在浮标浮体2的中心位置开设仪器舱,将所述姿态传感器安装于所述仪器舱横截面的中心位置。作为一种优选的实施方式,所述仪器舱可以为圆柱形仪器舱。
本发明还提供了另一种用于测量海面高的GNSS浮标。该浮标包括:浮标浮体、浮标天线、超声波液位计以及姿态传感器,所述浮标浮体中开设有一个贯穿所述浮标浮体上下表面的仪器井,所述超声波液位计安装于所述仪器井内部的下端,优选的,所述超声波液位计可以安装于所述仪器井下端横截面的中心位置。所述超声波液位计的超声波换能器朝向所述仪器井上方的井口,所述姿态传感器用于检测GNSS浮标的倾斜角度;其中,所述超声波液位计的零点与浮标的最大吃水位置的高差小于所述超声波液位计的量程,所述仪器井为竖直井,所述超声波换能器的超声波发射方向与所述仪器井的长度方向平行。在本实施例中,可以仅根据一个超声波液位计采集到的距离数据h1与姿态传感器采集到的GNSS浮标的倾斜角度α,结合公式h=[H-(h1+d1tanα)]cosα确定天线参考点到水面的实际距离h。然后根据天线的大地高(由基站采集到的GNSS卫星数据确定)确定测量区域的海面高。本实施例考虑了变化的吃水深度,使计算得到的海面高更加的准确。作为一种优选的实施方式,该姿态传感器可以安装在浮标浮体的中心位置,具体的实现方式可以为:在浮标浮体的中心位置开设仪器舱,将所述姿态传感器安装于所述仪器舱横截面的中心位置。
本发明通过安装在仪器井内的超声波液位计(以及安装在浮标内部的姿态传感器)能够准确地测量出天线高,避免了浮标布放前后锚链载荷不一致造成的天线高的变化,以及动态运动情况下浮标的平均吃水线与在静态情况下的吃水线不一致情况对浮标天线高的影响,保证了水面高度毫米级测量精度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于测量海面高的GNSS浮标,其特征在于,包括:浮标浮体、浮标天线以及超声波液位计,所述浮标浮体中开设有至少两个贯穿所述浮标浮体上下表面的仪器井,所述超声波液位计安装于所述仪器井内部的下端,且所述超声波液位计的超声波换能器朝向所述仪器井上方的井口;其中,两个所述仪器井的轴线与所述天线的中轴线在同一平面内,两个所述仪器井中的超声波液位计的测量零点与所述浮标浮体上平面的高度差相同,且所述超声波液位计的零点与浮标的最大吃水位置的高差小于所述超声波液位计的量程;所述仪器井为竖直井,所述超声波换能器的超声波发射方向与所述仪器井的长度方向平行。
2.根据权利要求1所述的用于测量海面高的GNSS浮标,其特征在于,轴线与所述天线的中轴线在同一平面内的两个仪器井关于所述天线的中轴线对称。
3.根据权利要求2所述的用于测量海面高的GNSS浮标,其特征在于,所述浮标浮体的中轴线与所述天线的中轴线重合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于测量海面高的GNSS浮标,其特征在于,所述GNSS浮标还包括:姿态传感器,用于检测GNSS浮标的倾斜角度。
5.根据权利要求4所述的用于测量海面高的GNSS浮标,其特征在于,所述浮标浮体的中心位置开设有仪器舱,所述姿态传感器安装于所述仪器舱横截面的中心位置。
6.根据权利要求5所述的用于测量海面高的GNSS浮标,其特征在于,所述仪器舱为圆柱形仪器舱。
7.根据权利要求1所述的用于测量海面高的GNSS浮标,其特征在于,所述超声波液位计安装于所述仪器井下端横截面的中心位置。
8.一种用于测量海面高的GNSS浮标,其特征在于,包括:浮标浮体、浮标天线、超声波液位计以及姿态传感器,所述浮标浮体中开设有贯穿所述浮标浮体上下表面的仪器井,所述超声波液位计安装于所述仪器井内部的下端,且所述超声波液位计的超声波换能器朝向所述仪器井上方的井口;所述姿态传感器用于检测GNSS浮标的倾斜角度;其中,所述超声波液位计的零点与浮标的最大吃水位置的高差小于所述超声波液位计的量程,所述仪器井为竖直井,所述超声波换能器的超声波发射方向与所述仪器井的长度方向平行。
9.根据权利要求8所述的用于测量海面高的GNSS浮标,其特征在于,所述浮标浮体的中心位置开设有仪器舱,所述姿态传感器安装于所述仪器舱横截面的中心位置。
10.根据权利要求8所述的用于测量海面高的GNSS浮标,其特征在于,所述超声波液位计安装于所述仪器井下端横截面的中心位置。
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GR01 Patent grant
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