一种基于船载的波浪测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于船载的波浪测量系统及测量方法，测量系统包括设置在船体上的位于海面上方的测量模块；测量模块中包括超声测波传感器、三轴加速度传感器、三轴角速度传感器；测量模块的整体设置在伸出船首顶部的前方；船体上设有GPS模块、控制模块、数据分析模块、通讯模块、电源模块；测量模块、GPS模块、数据分析模块三者的对应信号输出端分别与控制模块的对应信号输入端连接；控制模块的对应信号输出端分别与通讯模块、测量模块、数据分析模块三者的对应信号输入端连接。测量方法中有效克服了船体波动的影响及降雨的影响。既能用于活动平台，又不受气象条件限制。

A ship borne wave measurement system and its measurement method

The invention discloses a ship-borne wave measuring system and a measuring method. The measuring system comprises a measuring module arranged on the hull above the sea surface; the measuring module includes an ultrasonic wave measuring sensor, a triaxial acceleration sensor and a triaxial angular velocity sensor; and the measuring module is integrally arranged at the top of the protruding ship bow. In front of the ship, there are GPS module, control module, data analysis module, communication module and power module; the corresponding signal output of measurement module, GPS module and data analysis module are connected with the corresponding signal input of control module respectively; the corresponding signal output of control module is connected with communication module and measurement module respectively. The corresponding signal input end of the three modules of the data module and the data analysis module is connected. The measurement method effectively overcomes the influence of ship undulation and rainfall. It can be used not only for movable platforms but also for meteorological conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种基于船载的波浪测量系统及测量方法
本专利技术属于测量
，涉及一种基于船载的波浪测量系统及测量方法。
技术介绍
随着人类对海洋的开发和利用日益增多，对海洋环境的监测也显得异常重要。在海洋环境众多监测参数中，海浪相关参数是极其重要的，它对海上的交通安全、生产作业安全等方面，起到了重要的安全指导作用。在航海过程中，海浪对船只的航行安全起到举足轻重的作用，航行中实时监测海浪具有迫切需求。尽管海浪测量方法很多，但是多数方法只能适合定点测量，无法实现随船只的动态走航测量。现有技术的波浪测量系统中，声学波浪仪是一种基于超声测距原理的波浪测量仪器，是一种成熟可靠的波浪测量仪器，但它需要将超声测距传感器安装在固定的位置，通过超声测距传感器连续测量传感器到波动海面的距离变化情况，再据此推算出波浪的特征值参数。但当安装平台为舰船等活动平台时，超声测距的结果就是海面波动与平台活动的合成效果了，数据就不能直接反映波浪的实际情况。导航雷达波浪仪是一种可以随船测浪的仪器，但是由于雷达信号频率很高，波长很短，因此它在降雨的气象条件下使用时，雷达信号会受到雨滴的影响，降雨强度越大，受影响程度也越大，这就很大地限制了它的应用。有鉴于此，研发一种基于船载使用、受自然条件约束小的新型波浪测量系统及测量方法具有很高的应用价值和前景。采用现有技术的波浪测量系统及测量方法虽然可以使用，但还存在以下不足：现有技术的波浪测量系统及测量方法要么只能用于固定平台上，要么虽能应用于活动平台，但在降雨的气象条件下使用会受影响，因此，现有技术的波浪测量系统及测量方法的使用效果还不够理想。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种既能用于活动平台，又不受气象条件限制的基于船载的波浪测量系统及测量方法。本专利技术为达到上述技术目的所采用的技术方案是：一种基于船载的波浪测量系统及测量方法，所述测量系统包括设置在船体上的位于海面上方的测量模块；所述测量模块中包括超声测波传感器、三轴加速度传感器、三轴角速度传感器；测量模块的整体设置在伸出船首顶部的前方；船体上的箱体内设有GPS模块、控制模块、数据分析模块、通讯模块、电源模块；测量模块、GPS模块、数据分析模块三者的对应信号输出端分别与控制模块的对应信号输入端连接；控制模块的对应信号输出端分别与通讯模块、测量模块、数据分析模块三者的对应信号输入端连接；电源模块的对应输出端分别与测量模块、GPS模块、控制模块、数据分析模块、通讯模块五者的对应电源输入端连接。所述测量模块的整体通过架杆件设置在伸出船首顶部的左前方或右前方。所述的测量方法是采用所述的测量系统进行测量，测量步骤为：所述的三轴加速度传感器和三轴角速度传感器输出的是超声测波传感器本体与海底间的相对运动状态的时间序列数据信号；所述的超声测波传感器输出的是超声测波传感器到海面之间的动态距离的时间序列数据信号，该数据信号由超声测波传感器与海底间的相对运动信号和海面与海底间的相对运动信号两个部分叠加组合而成；控制模块控制各时间序列数据信号在时间上的同步；所述的测量模块将超声测波传感器输出的综合运动的时间序列数据信号扣除三轴加速度传感器和三轴角速度传感器输出的超声测波传感器本体与海底间的相对运动的时间序列数据后，即可得到纯粹的海面运动的时间序列数据，数据分析模块再根据波浪观测规范中的数据处理方法从纯粹的海面运动的时间序列数据中提取波浪的波高、周期等特征值后即可得到波浪测量所需的最终数据；GPS模块将船体的经纬度信号、航速信号、航向信号输出至控制模块，并提供基准时间信号作为系统校时之用。克服了船体运动因素影响的同时并由于超声波传感器的频率较低、波长较长，在降雨的情况下使用时，超声波信号受雨滴和海面飞沫的影响小，能够正常测量。因此，本专利技术能用于活动平台，且不受气象条件限制，使用效果更理想。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。其中：图1是本专利技术中的测量模块在船体上的安装位置的示意图；图2是本专利技术的框图。附图中的标记编号说明如下：测量模块1、三轴加速度传感器2、通讯模块3、GPS模块4、电源模块5、控制模块6、三轴角速度传感器7、超声测波传感器8、数据分析模块9具体实施方式本专利技术的实施例，如图1、图2所示，一种基于船载的波浪测量系统及测量方法，所述测量系统包括设置在船体上的位于海面上方的测量模块1；所述测量模块1中包括超声测波传感器8、三轴加速度传感器2、三轴角速度传感器7；测量模块1的整体设置在伸出船首顶部的前方；船体上的箱体内设有GPS模块4、控制模块6、数据分析模块9、通讯模块3、电源模块5；测量模块1、GPS模块4、数据分析模块9三者的对应信号输出端分别与控制模块6的对应信号输入端连接；控制模块6的对应信号输出端分别与通讯模块3、测量模块1、数据分析模块9三者的对应信号输入端连接；电源模块5的对应输出端分别与测量模块1、GPS模块4、控制模块6、数据分析模块9、通讯模块3五者的对应电源输入端连接。所述测量模块1的整体通过架杆件设置在伸出船首顶部的左前方或右前方。所述的测量方法是采用所述的测量系统进行测量，测量步骤为：所述的三轴加速度传感器2和三轴角速度传感器7输出的是超声测波传感器8本体与海底间的相对运动状态的时间序列数据信号；所述的超声测波传感器8输出的是超声测波传感器8到海面之间的动态距离的时间序列数据信号，该数据信号由超声测波传感器8与海底间的相对运动信号和海面与海底间的相对运动信号两个部分叠加组合而成；控制模块6控制各时间序列数据信号在时间上的同步；所述的测量模块1将超声测波传感器8输出的综合运动的时间序列数据信号扣除三轴加速度传感器2和三轴角速度传感器7输出的超声测波传感器8本体与海底间的相对运动的时间序列数据后，即可得到纯粹的海面运动的时间序列数据，数据分析模块9再根据波浪观测规范中的数据处理方法从纯粹的海面运动的时间序列数据中提取波浪的波高、周期等特征值后即可得到波浪测量所需的最终数据；GPS模块4将船体的经纬度信号、航速信号、航向信号输出至控制模块6，并提供基准时间信号作为系统校时之用。对本专利技术的进一步说明：测量模块1和数据分析模块9是本系统的核心部分。我们将测量数据分解为三个部分：第一部分：超声测波传感器8的测距数据，它测量的是随船运动的超声测波传感器8到运动的海面之间距离的时间序列数据，它由超声测波传感器8的运动和海面的运动两个部分组合而得。第二部分：三轴加速度传感器2和三轴角速度传感器7的测量数据。它测量的是超声测波传感器8的运动状态，通过二次积分获得超声测波传感器8的位移数据。第三部分：将第一部分数据扣除第二部分数据后，即可得到纯粹的海面运动的时间序列数据，这正是波浪观测和分析所需要的数据。再根据波浪观测规范中的数据处理方法从这一数据中提取波浪的波高、周期等特征值。扣除时，需要第一部分数据和第二部分数据在时间上严格同步，如果二者不同步，则不能直接消除。这一同步控制工作由控制模块6完成。需要指出的是，最终分析的波高数据为真实波高，但是周期为相对周期，受到船舶航行的影响，只有在抛锚状态下，该周期才和真实波浪周期相等。GPS模块4负责提供船舶的经纬度以及航速和航向，并提供基准时间作为系统校时之用。通讯模块3负责向外传输波浪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于船载的波浪测量系统，所述测量系统包括设置在船体上的位于海面上方的测量模块；其特征在于：所述测量模块中包括超声测波传感器、三轴加速度传感器、三轴角速度传感器；测量模块的整体设置在伸出船首顶部的前方；船体上的箱体内设有GPS模块、控制模块、数据分析模块、通讯模块、电源模块；测量模块、GPS模块、数据分析模块三者的对应信号输出端分别与控制模块的对应信号输入端连接；控制模块的对应信号输出端分别与通讯模块、测量模块、数据分析模块三者的对应信号输入端连接；电源模块的对应输出端分别与测量模块、GPS模块、控制模块、数据分析模块、通讯模块五者的对应电源输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于船载的波浪测量系统，所述测量系统包括设置在船体上的位于海面上方的测量模块；其特征在于：所述测量模块中包括超声测波传感器、三轴加速度传感器、三轴角速度传感器；测量模块的整体设置在伸出船首顶部的前方；船体上的箱体内设有GPS模块、控制模块、数据分析模块、通讯模块、电源模块；测量模块、GPS模块、数据分析模块三者的对应信号输出端分别与控制模块的对应信号输入端连接；控制模块的对应信号输出端分别与通讯模块、测量模块、数据分析模块三者的对应信号输入端连接；电源模块的对应输出端分别与测量模块、GPS模块、控制模块、数据分析模块、通讯模块五者的对应电源输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种基于船载的波浪测量系统，其特征在于：所述测量模块的整体通过架杆件设置在伸出船首顶部的左前方或右前方。3.一种基于船载的波浪测量方法，其特征在于：所述的测量方法是采用权利要求1所述的测量系统进行测...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙强，孙瀛，陈道源，陈方兴，孙军，聊洪荣，
申请(专利权)人：厦门瀛寰电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35