Wave measurement methods from moving vessels using GNSS Reflectometry

使用 GNSS 反射计测量移动船只的波浪方法

• 批准号: 21K19848
• 负责人: 市川 香
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19848/
• 关键词: GNSS; 海面反射波; 波浪; 有義波高; 有義周期; 干渉計; フェリー観測; 位相干渉計; 有義波高計測; GNSS-Reflectometry; 波浪計測; GNSS海面反射信号; 航走中船舶

GNSS衛星からの電波が海面で反射してからアンテナに到達する場合，最短距離である衛星からの直達信号よりも，常に長い経路長を通ることになる。このとき，同じGNSS衛星からの距離が異なって計測されてしまうため，GNSS測位手法においては，マルチパスとして忌諱されている。経路長が異なる直達波と反射波は，アンテナ到達時の電波の位相も異なるため，両者は位相干渉して受信合成波の強度が変化する。反射波の過剰経路長は，反射点の海面の高さに依存するので，波浪によって海面の高さが変わると，受信した信号強度も干渉によって強くなったり弱くなったりを繰り返す。つまり，経路長がGNSS電波の波長である約15～20cm変化する度に，干渉強度が周期的に変化する干渉縞が生じる。従って，GNSSアンテナで受信した信号強度の時間変化の回数を計測することで，海面高の干渉計として利用できる。本研究は，対馬海峡を毎日往復するフェリー「ニューかめりあ」に設置したGNSS受信アンテナのデータにこの原理を適用し，その解析により波浪の周期と波高を推定するものである。昨年度に測器を設置し観測を開始したので，そのデータの解析結果を検討したところ，干渉計として正確な測定を行うには，サンプリングを高頻度にする必要があることが判明した。そこで今年度は測器の限界である20Hzまで観測頻度を上げたところ，安定して推定ができるようになった。さらに，受信電波のシミュレーション結果から，計測データからの波浪周期と波高を推定には，波浪スペクトルのピーク周波数周りの形状に依存することが分かった。対馬海峡の観測データと日本気象協会の再解析データとの比較の結果，対馬海峡ではスペクトルが比較的幅の狭い分布を示す結果に近いことが推定された。今後，比較データ数を増やすとともに，同様の装置を別海域のデータに適用し，海域によるスペクトル依存性を検討する。

GNSS satellite radio waves reflect from the sea surface to the end of the day, with the shortest distance away from the satellite to reach the signal level, and often travel a long way through the long distance. In the same way as the GNSS satellite, the distance between the satellite and the satellite is the same as that of the satellite, and the GNSS position measurement method is not allowed to be used. Over the long distance, the direct wave is reflected by the direct wave, and the phase of the radio wave is affected, and the phase coherence is believed to enhance the strength of the composite wave. The reflected wave is long, the reflection point is high, the sea level is high, the sea level is high, and the signal strength of the trusted signal is strong. In recent years, the length of the GNSS wave length is about the temperature of the 15~20cm, and the intensity of the cycle is different. The time limit of the GNSS signal strength of the trusted signal is calculated and the sea level height is measured by the radar. In this study, we use the principle of GNSS to analyze the wave cycle, wave height, and so on. Last year, the tester setup system began to operate, and the results of the test were analyzed. The results show that the measurement is correct, and that it is necessary to make sure that the temperature is high. For the current year, the tester limits are not limited to the 20Hz. This year, the tester is presupposed to be safe and stable. The results of the simulation results of the trusted radio waves, the presumption of the wave height of the wave cycle, and the shape of the cycle of waves are dependent on the number of cycles of the waves. The Japanese Elephant Association re-analyzed the results of the comparison, and the narrow distribution of the results showed that the results were presumed to be accurate. From now on, the equipment will be used in different sea areas, and the sea areas will be dependent on each other.

项目成果

How frequently can we observe winds and waves for safer maritime transports?

为了更安全的海上运输，我们多久可以观察一次风和波浪？

• 发表时间: 2021
• 作者: Kaoru Ichikawa

Ship-board wave height measurements using GNSS-R

使用 GNSS-R 进行船上波高测量

• 发表时间: 2022
• 作者: Kaoru Ichikawa;Jyoushiro Noda. Ryosuke Sakemi and Kei Yufu;JingQiao Zhu and Kaoru Ichikawa
• 通讯作者: JingQiao Zhu and Kaoru Ichikawa

Wave frequency estimation by satellite altimeters

通过卫星高度计估算波频率

• 发表时间: 2022
• 作者: Kaoru Ichikawa;Jyoushiro Noda. Ryosuke Sakemi and Kei Yufu;JingQiao Zhu and Kaoru Ichikawa;Kaoru Ichikawa and XF Wang
• 通讯作者: Kaoru Ichikawa and XF Wang