一种走航式雷达波浪监测系统及监测方法

文档序号:36803067发布日期:2024-01-23 12:30阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种走航式雷达波浪监测系统,其特征在于,包括安装在船体上的固定支架和安装在固定支架上的微波雷达阵列模块、运动姿态测量模块、磁罗经模块、gps模块、数据采集控制模块、数据补偿修正模块、波浪计算模块、数据传输模块以及供电模块;所述微波雷达阵列模块由三个微波雷达模块a、b、c组成,其中微波雷达模块a垂直于水面安装,微波雷达模块b和微波雷达模块c分别安装于微波雷达模块a的右前方和左前方,三者构成以微波雷达模块a为顶点,微波雷达模块b、微波雷达模块c到微波雷达模块a的距离均为l,且夹角为β的等腰三角形,且三者位于同一水平高度上;所述微波雷达模块b和微波雷达模块c分别沿微波雷达模块a-b的延伸方向和微波雷达模块a-c的延伸方向倾斜安装,且与垂直方向的夹角为α。

2.根据权利要求1所述的一种走航式雷达波浪监测系统,其特征在于,所述微波雷达阵列模块、运动姿态测量模块、磁罗经模块、gps模块均与数据采集控制模块进行相连,数据采集控制模块与数据补偿修正模块相连,数据补偿修正模块与波浪计算模块相连,波浪计算模块与数据传输模块相连,并通过有线或无线的形式,进行数据发送和传输;供电模块为整个监测系统提供所需的电能;

3.一种走航式雷达波浪监测方法,采用如权利要求1所述的一种走航式雷达波浪监测系统,其特征在于,包括如下步骤:

4.根据权利要求3所述的一种走航式雷达波浪监测方法,其特征在于,步骤二中,在雷达信号的模拟信号转变为数字信号后,对其进行处理得到波浪与测量雷达之间的相对距离、相对速度与相对位移参数;对于距离的处理通过分析一次收发电波信号的相位变换得到,或者通过分析收发信号之间的频率变换得到;对于速度和位移则采用发射和接收间隔固定时间的两段调频连续波脉冲,分析两次接收电波的相位变换得到。

5.根据权利要求3所述的一种走航式雷达波浪监测方法,其特征在于,步骤三中,首先,根据运动姿态测量模块测量得到的船体纵摇、横摇、升沉变化,修正微波雷达模块测量数据,优化为微波雷达阵列模块在水平面所测量的数据;之后,通过微波雷达模块安装角度,利用几何分析和矢量分析,将距离转换为垂直方向的相对距离,来得到波高,和波周期所需参数;将相对位移转换为三维坐标系(x、y、z)上的位移分量,实现三参数波浪谱所需位移参数的获得。

6.根据权利要求3所述的一种走航式雷达波浪监测方法,其特征在于,步骤四中,在波浪测量高度确定后,分析三个测量高度在波面上构成的三角面的坡度变换规律,统计得出波浪的移动方向;或者在三个方向的位移分量确定之后,获取一段时间的三处位移参数的时间序列,利用三参数法分析得到波浪方向;后续通过gps模块与磁罗经模块获得真实方位数据修正三维笛卡尔坐标系内的方向角度—定义的北向坐标轴与波向所构成的角度。

7.根据权利要求3所述的一种走航式雷达波浪监测方法,其特征在于,步骤四中,坡度分析法确定波向的步骤包括:

8.根据权利要求7所述的一种走航式雷达波浪监测方法,其特征在于,上述的关系分析主要为:分析法线l2与参考法线l1之间构成的夹角变换,从而构建一个经过参考法线l1且由法线l2与l1角度变化的垂直面,此时波浪的水平移动方向就位于该垂直面与水平面相交的线上。

9.根据权利要求8所述的一种走航式雷达波浪监测方法,其特征在于,在波高、波周期确定后,选取一个周期内,法线l2与法线l1平行,夹角为零,且位于波高处之后的数据用来分析波向,具体操作如下:

10.根据权利要求9所述的一种走航式雷达波浪监测方法,其特征在于,波向分析的最终结果应该以参考法线z轴,以磁罗经模块和gps模块所得水平面真实方位信息构建三维笛卡尔坐标系,其中,x轴为东向,y轴为北向,从而确定准确的波向与正北偏离角度。


技术总结
本发明涉及船用水文气象观测领域,公开了一种走航式雷达波浪监测系统及监测方法,系统包括安装在船体上的固定支架和安装在固定支架上的微波雷达阵列模块、运动姿态测量模块、磁罗经模块、GPS模块、数据采集控制模块、数据补偿修正模块、波浪计算模块、数据传输模块以及供电模块;微波雷达阵列模块由三个微波雷达模块组成,其中A垂直于水面安装,B和C分别安装于A的右前方和左前方,三者构成以A为顶点的等腰三角形,且三者位于同一水平高度上;模块B和模块C分别沿模块A‑B的延伸方向和模块A‑C的延伸方向倾斜安装,且与垂直方向的夹角为α。本发明所公开的系统及方法可以实现长期稳定的海上走航式常态化观测需求,提高测量准确度。

技术研发人员:仇志金,宋国庆,王波,胡桐,邹靖,李志乾
受保护的技术使用者:山东省科学院海洋仪器仪表研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/1/22
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