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GPS海浪测量方法研究

1.99万字 53页 原创作品，已通过查重系统

摘要
海浪作为一种重要的海洋现象，极大地影响着人类在近岸和海上的生产生活，因此实时监测海浪变化并且研究其运动规律是非常必要的。针对现有海浪测量仪器和方法存在设备昂贵、不能全天候工作和观测距离限制等缺陷，将GPS应用于海浪测量，发挥其成本低、精度高、操作简单和全天候观测等优势。本文采用TRACK 软件模块对高频GPS观测数据进行处理来求取海水面高度变化，进而求取海面垂向位移时间序列，经浪潮分离提取海浪信号，结合谱分析方法获取平均波高、平均周期等海浪参数，并利用测波仪的实测结果验证实验结果的可靠性。本文的主要研究内容和结论如下：
1. 阐述了海浪的性质、波面的描述方法及海浪频谱和形式，研究了随机海浪理论，介绍了海浪位移谱估计的相关函数法和周期图法及海浪方向谱的分析方法。
2. 提出基于TRACK的GPS海浪测量流程。利用TRACK对海上载体的GPS数据进行处理，获得载体垂向位移时间序列，采用滑动平均法进行浪潮分离，提取垂向位移中的海浪信号，采用周期图法估计其功率谱，计算海浪要素。
3. 分析TRACK定位精度与基线长度和参考站多路径效应的关系。利用中国周边29个IGS站进行实验，结果表明基线长度与定位精度无相关性，两者不存在明显对应关系；多路径效应与定位精度呈弱相关，随着参考站多路径效应的增强，定位精度有一定程度的降低。
4. 为了验证所提方法的有效性，采用青岛地区的实测数据进行实验，按照上述流程计算得到海浪参数，平均波高和平均周期与测波仪结果差异分别小于2cm和0.25s。结果表明，基于TRACK的GPS海浪测量方法可有效提取海浪参数，丰富了海浪观测方法。



关键词：GPS，海浪测量，TRACK，随机海浪理论，功率谱
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