T-JSREA 35-2024 测浪雷达技术规范

ICS27010

CCSF01

JSREA

江苏省可再生能源行业协会团体标准

T/JSREA35—2024

测浪雷达技术规范

Technicalspecificationofwaveradar

（征求意见稿）

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

江苏省可再生能源行业协会发布

T/JSREA35—2024

测浪雷达技术规范

1范围

本文件规定了测浪雷达技术的分类与组成、功能要求、技术要求、运行要求和出厂测试要求。

本文件适用于测浪雷达产品的设计、制造和使用。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T4028外壳防护等级（IP代码）

GB4793.1测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求

GB/T9359水文仪器基本环境试验条件及方法

GB/T12763.2海洋调查规范第2部分：海洋水文观测

GB/T13972海洋水文仪器通用技术条件

GB51418通用雷达站设计标准

SJ/Z21502雷达电磁兼容性设计指南

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

测浪雷达waveradar

采用垂直下视方式探测海洋、河流、湖泊等水面的波浪高度、周期、水位、波向、方向谱等波浪运

动参数的微波雷达。

三单元阵列天线three-elementarrayantenna

由三个相同的单个天线按一定规律排列组成的天线系统，每个天线单元装有单独的发射/接收组件。

时间分辨率temporalresolution

对于不同时刻的波浪，雷达输出数据的最小时间间隔。

4符合和缩略语

下列符合和缩略语适用于本文件。

ACAlternatingCurrent交流电

ABSAcrylonitrileButadieneStyrene热塑型高分子材料

DUDataUnit数据存储单元

EMCElectromagneticCompatibility电磁兼容性

FFTFastFourierTransform快速傅里叶变换

GNSSGlobalNavigationSatelliteSystem全球导航卫星系统

MTBFMeanTimeBetweenFailures平均故障间隔时间

MTTRMeanTimeToRecovery平均维护时间

RHRelativeHumidity相对湿度

UPSUninterruptiblePowerSupply不间断电源

1

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5分类与组成

分类

测浪雷达分为单天线测浪雷达和三单元阵列天线测浪雷达。

组成

测浪雷达由天线、综合控制器、电源、支撑架等组成，各组成部分的具体工作原理和性能指标见附

录A。

6功能要求

一般要求

测浪雷达应满足以下要求：

a)雷达的产品外观质量应符合GB51418的相关要求；

b)雷达的人-机-环境设计应符合GB51418的相关要求；

c)雷达应具有自动、连续、无人值守，自动在线标定校准，远程监控和遥控，自动校时的功能；

d)外部材质应使用AISI316L不锈钢和ABS材料，应具备防盐雾、防霉、防沙尘和防雷击能力；

e)单天线测浪雷达观测能力应满足GB/T12763.2中8、9的要求；

f)三天线测浪雷达观测能力应满足GB/T12763.2中8、9的要求。

安全要求

雷达的安全性应符合GB4793.1的相关要求。

数据功能要求

测浪雷达应具有远程系统运行参数监测和控制能力，具体要求包含但不限于以下：

a)应具有保存原始波面高程数据的能力；

b)应具有本地存储数据功能，且至少可以保存5年以上的数据；

c)应支持数据的在线传输和本地查询；

d)测浪雷达系数输出的海浪特征数据（浪高、浪周期、浪向）时间间隔≥1min，最快数据更新率

为1min；

e)系统观测数据记录时间和标准时间误差应小于30s；

f)系统运行时可以远程参数监测和远程控制能力，软件远程升级能力。

7技术要求

系统指标

测浪雷达应能获取测量范围、潮位、波高、波向、波周期、流速和流向数据，且数据应满足表1中

的相关指标要求。

表1测浪雷达系统指标测量要求

指标量程精度频率或时间间隔

测量范围0.5~60m±0.01m10Hz

潮位0~25m±0.01m1min/6min/12min

波高0~55m±0.02m1min/6min/12min

波向0~360°±5°1min/6min/12min

波周期1~50s±0.05s1min/6min/12min

流速0.01m/s~10m/s0.01m/s1min/6min/12min

流向0~360°±5°1min/6min/12min

接口

2

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7.2.1通讯

测浪雷达通信接口应满足以下要求：

a)RS232/485输出接口，Modbus-RTU通讯协议；

b)以太网输出接口，TCP/IP-RTU通讯协议。

7.2.2电气

测浪雷达电气侧应满足以下要求：

a)供电电压：AC220V±10%或DC12V±5%；

b)应配备含有光伏系统和蓄电池的UPS。

防护等级

测浪雷达的气密性应满足GB/T4028外壳防护等级中IP67级别标准。

环境适应性

测浪雷达应满足以下环境适应性要求：

a)环境温度：

1)室外部分：-35℃~65℃；

2)室内部分：0℃~30℃。

b)环境湿度：室外部分不大于100%RH，室内部分不大于95%RH；

c)抗风能力：最大风速60m/s（阵风风级），平均风速40m/s；

d)电磁兼容性：应具有静电屏蔽、电磁屏蔽设计，符合SJ/Z21502中的相关规定。

8运行要求

可靠性测浪雷达应满足MTBF不小于10000h。

测浪雷达应满足MTTR不大于30min，其中不包含往返路程时间。

9出厂测试要求

测试条件

除特殊要求外，测浪雷达出厂前所有测试应满足下述条件：

a)测试环境应满足7.4的要求；

b)测试场所周围应无强反射体及强电磁干扰；

c)测试过程中，被测测浪雷达不可以进行任何调整；

d)测量装置的仪器仪表应定期计量、检定合格，精度应满足被测量值精度要求，并在有效期内使

用。

测试方法

测浪雷达出厂前应用如下方法进行测试：

a)用目视法对雷达的外观、结构、工艺等进行检查，并满足6.1的要求；

b)电源波动测试：调整供电电源输出电压在规定范围内变化时，雷达应能正常工作；

c)绝缘电阻测试：在正常环境及大气条件下，应用绝缘电阻表对非工作状态下的测浪雷达进行试

验，对雷达的电源与外壳之间绝缘电阻施加500V直流试验电压，持续5s；

d)环境适应性测试应按照GB/T13972中6.4规定的方法进行；

e)防护等级测试，应按照GB/T4208规定的方法进行；

f)机械环境适应性测试应包含自由跌落试验（雷达在包装状态下，跌落高度500mm）和振动测试

（雷达在非包装状态下），并按照GB/T9359中5.9和5.12规定的方法进行。测试后测浪雷

达应满足以下要求：

1)雷达应无永久性结构变形和电气故障；

3

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2)零部件应无损坏；

3)紧固部件应无松脱现象；

4)接插件不应有脱落或接触不良现象；

5)测浪雷达正常工作。

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A

A

附录A

（资料性）

测浪雷达工作原理、组成及性能指标

A.1工作原理

A.1.1单天线测浪雷达

单天线测浪雷达安装于固定平台，垂直于海面安装，天线通过发射宽带毫米波信号照射海面，通过

接收数据提取雷达传感器照射区域海面的距离，计算得到海面的特征参数（浪高、浪周期、潮位），具

体计算方法见附录B。

单天线测浪雷达工作时，系统工作流程如下：

a)远程数据服务计算机下发雷达工作参数，包括雷达调制周期、信号带宽、工作频率等参数，配

置参数通过远程数据通讯模块下发到雷达传感器中；

b)天线根据下发参数生成对应的发射信号，由发射天线单元将信号辐射到海面；

c)海面对照射的电磁波进行散射，回波信号被雷达接收通道接收；

d)雷达信号处理单元对回波信号进行脉冲压缩（匹配滤波）处理，输出对应海域一维距离像信息；

e)雷达数据处理单元将回波一维距离像信息进行存储；

f)提取隐藏在回波一维距离像中的距离信息；

g)将数据处理单元提取的距离信息送至远程通信系统的传输输入端，通过远程通信系统传输到

本地远程数据服务计算机中（支持在本地服务器中解算）；

h)本地远程数据服务计算机对接收到的雷达传感器传输过来的距离信息进行融合处理，提取海

面的实时特征分量（浪高、浪周期、潮位），并将提取的分量存入数据库系统，供用户随时调

用和查看。

A.1.2三天线测浪雷达

三天线测浪雷达安装于固定平台，三单元阵列天线按照直角三角形布设，实现对海面不同区域的照

射。每个天线通过发射宽带毫米波信号照射海面，通过接收数据提取各个雷达传感器照射区域海面的距

离、速度特征，计算得到海面的特征参数（浪高、浪周期、潮位、流速、流向、波向、方向谱，具体计

算方法见附录B），融合三个天线得到的特征参数，可计算出海面的主浪方向及相关方向展宽特性。

三天线测浪雷达工作时，系统工作流程如下：

a)远程数据服务计算机下发雷达工作参数，包括雷达调制周期、信号带宽、工作频率等参数，配

置参数通过远程数据通讯模块下发到雷达传感器中；

b)各天线根据下发参数生成对应的发射信号，由发射天线单元将信号辐射到海面；

c)海面对照射的电磁波进行散射，回波信号被雷达接收通道接收；

d)雷达信号处理单元对回波信号进行脉冲压缩（匹配滤波）处理，输出对应海域一维距离像信息；

e)雷达数据处理单元将回波一维距离像信息进行存储；

f)雷达提取隐藏在回波一维距离像中的距离信息和速度信息；

g)将数据处理单元提取的距离信息和速度信息送至远程通信系统的传输输入端，通过远程通信

系统传输到本地远程数据服务计算机中（支持在本地服务器中解算）；

h)本地远程数据服务计算机对接收到的三个天线传输过来的速度和距离信息进行融合处理，提

取海面的实时特征分量（浪高、浪周期、潮位、流速、流向、波向、方向谱），并将提取的分

量存入数据库系统，供用户随时调用和查看。

A.1.3漂浮式单天线测浪雷达

漂浮式单天线测浪雷达安装于浮动平台，天线垂直向下安装。天线发射宽带毫米波信号照射海面，

通过GNSS系统实时测量得到浮动平台的姿态信息，完成系统运动补偿，通过对校准后的接收数据提取天

线照射区域海面的距离，计算得到海面的特征参数（浪高、浪周期、潮位）。

单天线测浪雷达工作时，系统工作流程如下：

5

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a)远程数据服务计算机下发雷达工作参数，包括雷达调制周期、信号带宽、工作频率等参数，配

置参数通过远程数据通讯模块下发到雷达传感器中；

b)天线根据下发参数生成对应的发射信号，由发射天线单元将信号辐射到海面；

c)海面对照射的电磁波进行散射，回波信号被雷达接收通道接收；

d)雷达信号处理单元对回波信号进行脉冲压缩（匹配滤波）处理，输出对应海域一维距离像信息；

e)GNSS系统输出不同时刻的浮动平台位置、姿态信息，同时为数据存储单元提授时信息（固定

式设备则采用计算机网络本地授时），雷达数据处理单元将回波一维距离像信息与GNSS系统

传送过来的授时信息进行融合并存储；

f)数据处理单元将一维距离像信息与GNSS系统给出的浮动平台姿态信息（方位角、俯仰角、横

滚角）融合，采用坐标转换系统进行姿态修正，提取隐藏在回波一维距离像中的距离信息；

g)将数据处理单元提取的距离信息送至远程通信系统的传输输入端，通过远程通信系统传输到

本地远程数据服务计算机中（支持在本地服务器中解算）；

h)本地远程数据服务计算机对接收到的雷达传感器传输过来的距离信息进行融合处理，提取海

面的实时特征分量（浪高、浪周期、潮位），并将提取的分量存入数据库系统，供用户随时调

用和查看。

A.1.4漂浮式三天线测浪雷达

漂浮式三天线测浪雷达安装于浮动观测平台，三单元阵列天线按照直角三角形布设，实现对海面不

同区域的照射。每个天线通过发射宽带毫米波信号照射海面，通过GNSS系统实时测量得到浮动平台的姿

态信息，完成系统运动补偿，通过补偿后数据提取各个雷达传感器照射区域海面的距离、速度特征，计

算得到海面的特征参数，融合三个雷达传感器得到的特征参数，可计算出海面的主浪方向及相关方向展

宽特性。

漂浮式三天线测浪雷达工作时，系统工作流程如下：

a)远程数据服务计算机下发雷达工作参数，包括雷达调制周期、信号带宽、工作频率等参数，配

置参数通过远程数据通讯模块下发到雷达传感器中；

b)各天线根据下发参数生成对应的发射信号，由发射天线单元将信号辐射到海面；

c)海面对照射的电磁波进行散射，回波信号被雷达接收通道接收；

d)雷达信号处理单元对回波信号进行脉冲压缩（匹配滤波）处理，输出对应海域一维距离像信息；

e)GNSS系统输出不同时刻的浮动平台位置、姿态信息，同时为数据存储单元提授时信息（固定

式设备则采用计算机网络本地授时），雷达数据处理单元将回波一维距离像信息与GNSS系统

传送过来的授时信息进行融合并存储；

f)数据处理单元将一维距离像信息与GNSS系统中浮动平台姿态信息（方位角、俯仰角、横滚角）

融合，采用坐标转换系统进行姿态修正，提取隐藏在回波一维距离像中的距离信息和速度信息；

g)将数据处理单元提取的距离信息和速度信息送至远程通信系统的传输输入端，通过远程通信

系统传输到本地远程数据服务计算机中（支持在本地服务器中解算）；

h)本地远程数据服务计算机对接收到的三个雷达传感器传输过来的速度和距离信息进行融合处

理，提取海面的实时特征分量，并将提取的分量存入数据库系统，供用户随时调用和查看。

A.2组成框图

A.2.1单天线测浪雷达

单天线测浪雷达系统组成表如下：

表A.1单天线测浪雷达设备系统组成

序号名称数量

1雷达传感器1个

综合控制机箱（包括嵌入式计算机、控制单元、信号处理单元、

21套

远程通讯模块、电源单元）

3相关配套软件1套

其他系统配件（1套雷达传感器支架、1套固定支架、1根电源线

41套

及1根对应控制线缆。）

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A.2.2三天线测浪雷达

三天线测浪雷达系统组成表如下：

表A.2三天线测浪雷达设备系统组成

序号名称数量

1雷达传感器3个

综合控制机箱（包括嵌入式计算机、控制单元、信号处理单元、

21套

远程通讯模块、电源单元）

3相关配套软件1套

其他系统配件（1套雷达传感器支架、1套固定支架、1根电源线

41套

及3根对应控制线缆。）

A.2.3漂浮式单天线测浪雷达

漂浮式单天线测浪雷达系统组成表如下：

表A.3漂浮式单天线测浪雷达设备系统组成

序号名称数量

1雷达传感器1个

综合控制机箱（包括嵌入式计算机、控制单元、信号处理单元、

21套

远程通讯模块、电源单元）

3GNSS系统1套

4相关配套软件1套

其他系统配件（1套雷达传感器支架、1套固定支架、1根电源线

51套

及1根对应控制线缆。）

A.2.4漂浮式三天线测浪雷达

漂浮式三天线测浪雷达系统组成表如下：

表A.4漂浮式三天线测浪雷达设备系统组成

序号名称数量

1雷达传感器3个

综合控制机箱（包括嵌入式计算机、控制单元、信号处理单元、

21套

远程通讯模块、电源单元）

3GNSS系统1套

4相关配套软件1套

其他系统配件（1套雷达传感器支架、1套固定支架、1根电源线

51套

及3根对应控制线缆。）

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B

B

附录B

（规范性）

海面特征参数提取计算方法

B.1距离速度信息提取

在测浪雷达系统中，为了保证频率测量精度，采用高精度的智能估计算法替代传统的FFT频谱分析

法，通过模型拟合、最优估计的测距提取算法，有效提高了数据估计精度。速度特征提取采用距离多普

勒信号处理算法和CFAR（恒虚警检测）算法，提取对应距离单元的流速特征信息。

B.2海面特征参数提取

描述海浪特征具有很多参数，包括有效波高、平均1/3波高、最大波高、最大波高、峰值周期、平

均过零周期、峰值周期、波浪主方向等特征。不同特征值具有不同的意义。只需将经过异常值处理后的

距离数据和速度数据带入到统计模型中，即可得到对应时刻的海面特征参数。本文中仅给出几个典型特

征的计算方法，其余特征可查阅相关文档。

B.2.1均方根波高

22

HHSrmsnn==8()

nn==11

均方根波高同能量谱密度函数的关系为

HSmrmsn==2222()0

n=1

2

Sd()

1

N=0

0+2

Sd()

0

mSd=n

n()

0

其中，为能量谱密度函数的谱矩，Hn为n时刻测量得到的海面波面高程信息；S()

为海面波面高程数据的频谱，为对应角频率。m0为能量谱零阶矩。N0+为频域计算得到的单位时间

过水平面的平均次数。

B.2.2最大波高