基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端

ICS07.040

CCSM53

团体标准

T/ZKJXXXXXXX—2020

基于全球导航卫星系统反射信号的海面风

浪探测终端

OceanwindandwavedetectionterminalbasedonGNSSreflectionsignal

（征求意见稿）

XXXX—XX—XX发布XXXX—XX—XX实施

中关村空间信息产业技术联盟发布

T/ZKJXXXXXXX—2020

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起

草。

本文件由中关村空间信息产业技术联盟提出。

本文件由中关村空间信息产业技术联盟归口。

本文件起草单位：北京航空航天大学、北斗导航位置服务（北京）有限公司、山东航向电子科技有

限公司、北京博阳世通信息技术有限公司、中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司海洋采油厂、北

京翔海智控科技有限公司、海城（东营）卫星遥感应用系统集成有限公司。

本文件主要起草人：杨东凯、张国栋、俞永庆、王林峰、张波、刘伟。

II

T/ZKJXXXXXXX—2020

基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端

1范围

本文件规定了基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端的系统组成、功能要求、性能要

求、安全要求、试验方法和验收方法。

本文件适用于岸基、机载等低动态海面风浪探测应用场景中的基于全球导航卫星系统反射信号的海

面风浪探测终端的生产、制造和使用等。

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/T2423.1—2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温

GB/T2423.2—2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温

GB/T4208—2017外壳防护等级（IP代码）

GB4824—2013工业、科学和医疗(ISM)射频设备骚扰特性限值和测量方法

GB/T12763.3—2007海洋调查规范第3部分:海洋气象观测

GB/T15920—2010海洋学术语物理海洋学

GB/T19391—2003全球定位系统（GPS）术语及定义

JJF1180—2007时间频率计量名词术语及定义

JJF1188—2008无线电计量名词术语及定义

JB/T9536—2013户内户外防腐低压电器环境技术要求

T/ZKJXX00003—2018全球导航卫星系统(GNSS)信号模拟器要求

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

第一菲涅尔区firstfresnelzone

包含一些反射点的椭圆体,在这些反射点上反射波和直射波的路径差小于半个波长。

4系统组成

基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端是一种利用卫星导航直射信号与经海面反射

的卫星导航信号相关功率信息进行海面风浪探测的装置，主要由GNSS直射反射天线、信号处理模块、海

面风浪探测模块、无线传输模块、无线通信天线、防护机箱组成，如图1所示。

1

T/ZKJXXXXXXX—2020

图1基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端的系统组成

终端系统各组成部分的功能如下：

a)GNSS直射天线接收导航卫星直射信号，GNSS反射天线接收经海面反射的导航卫星信号；

b)导航信号处理模块捕获跟踪解析GNSS天线接收到的直射信号并输出导航数据包括位置数据、时

间数据、每颗可见导航卫星的仰角、方位角，处理经海面的反射信号并输出反射信号相关值数据；

c)海面风浪计算模块对每颗可见卫星的相关值数据进行处理以从中提取出与海面风浪有关的观测

量，进而利用这些观测量进行海面风浪探测，最终将反演得到的海面风浪信息与其他辅助信息输

出给无线传输模块；

d)无线传输模块将接收到的信息以无线通信的方式发送到远程服务器；

e)无线通信天线为无线传输模块提供无线信号的收发；

f)防护机箱具备电源管理和防护功能，用于为信号处理模块、海面风浪探测模块、无线传输模块

的运行提供电源，并使终端具备一定的抗风、防水、防尘能力。

5一般要求

5.1通用要求

5.1.1外观

基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端的外观应无锈蚀、锈斑、裂纹、褪色、污迹、

变形、镀涂层脱落，亦无明显划痕、毛刺；结构件与控制组件应完整，无机械损伤。

5.1.2材质

应符合无放射性、无毒害的要求，防护机箱材料应为耐海洋盐雾腐蚀的金属材质，耐海洋盐雾腐蚀

度V≤0.01mm/a。

5.1.3抗风能力

终端整体应能抵抗10级及以下大风。

5.1.4防水防尘能力

终端整体应具备IP54及以上防护等级。

5.1.5功耗

终端整体功耗≤20W。

5.1.6GNSS直射天线

2

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天线增益≥5dB，噪声系数≤1.5dB。

5.1.7GNSS反射天线

天线增益≥12dB，噪声系数≤2.0dB。

5.2功能要求

5.2.1电气保护功能

终端具备电源反接保护功能。

5.2.2信号处理功能

终端能够捕获、跟踪、解析GNSS直射信号并输出导航定位数据。具备多通道相关的功能，输出直射

/反射信号相关值数据。

5.2.3海面风浪反演功能

终端能够处理导航定位结果以及信号相关值数据，提取与海面风浪有关的观测量，进而利用这些观

测量进行海面风浪探测。

5.2.4数据上传功能

终端支持4G通信网络传输以及无线局域网传输，可根据具体的网络环境自主选择上传海面风浪探测

信息的方式。

5.2.5数据存储功能

终端具备实时信息存储功能，支持数据导出。如遇到数据上传服务器失败的异常情况，可以选择将

海面风浪探测数据存储在本地，以供后续的分析处理。

5.3性能要求

5.3.1直射信号捕获灵敏度

终端的导航定位模块的捕获灵敏度，即导航定位模块可捕获的最弱的信号的功率应≤-148dBm。

5.3.2反射信号灵敏度

终端可处理的最弱反射信号的功率应≤-160dBm。

5.3.3反射信号相关功率时间延迟分辨率

反射信号相关功率的时间延迟分辨率≤0.063us；

5.3.4探测数据更新率

终端的海面风浪探测模块输出海面风浪数据的时间间隔≤1min。

5.3.5卫星导航系统支持

终端的至少支持GPS与北斗卫星导航系统。

5.3.6数据内容

3

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终端通过无线通信模块对外发送信息应至少包含：终端编号，终端IP地址，终端经纬度，每颗卫

星的海面风浪探测值、卫星编号、测量时刻、测量时刻对应的卫星仰角与方位角，校验信息。

5.3.7探测面积

终端探测面积由第一菲涅反射区的面积与天线覆盖面积综合确定。

5.3.8探测精度

当真实风速≤20m/s时，终端海面风速的探测精度为2m/s；当真实风速＞20m/s时，终端海

面风速的探测精度为风速的10%。海面有效波高的探测精度为10cm。

5.4环境要求

终端能在≤-5℃以及≥60℃的海洋表面环境下正常工作。

5.5电磁兼容要求

终端电磁兼容性应符合GB4824—2013中1组B类设备要求。

5.6接口要求

终端应具备电源接口与数据接口，其中电源接口用于外接供电系统如市电、太阳能或者二者的组合；

数据接口用于外接电子计算机查看终端工作状态与进行终端配置如配置远程服务器的IP地址与端口号。

5.7安全要求

终端应在一定的震动、冲击后，无永久性结构变形，无零部件损坏，无电气故障，各项功能正常运

行。

6包装

外包装应体现如下内容：

——中文产品名称和型号，额定电源电压、电源频率等主要电气参数，结构尺寸、整机重量；

——制造商名称、详细地址、产品产地、商标或标识；

——产品所执行的、符合的标准编号及标准名称；

——包装箱应符合防潮、防尘、防震、运输的要求；

——单个包装箱内应有使用说明书、保修卡、检验合格证及装箱清单。

——铭牌应有清晰耐久的标志。铭牌应安装在终端设备外表面的醒目位置，铭牌尺寸应与主机结构

尺寸相适宜。

7试验方法

7.1环境条件

在-5℃到60℃之间任选10个环境温度；环境相对湿度≤80%。

7.2外观及工作正常性检查

终端的各项标识清晰完整，输入输出插座牢靠，按键及旋钮能正常动作并接触良好，通电后状态正

常。

4

T/ZKJXXXXXXX—2020

7.3功能检验

功能检验包括导航定位功能、无线通信功能、对外发送信息、电气保护功能，检验方法参照附录A

进行。

7.4性能检验

性能检验包括功耗、捕获灵敏度、定位精度、导航数据输出频率、卫星导航系统支持、探测面积、

探测精度，检验方法参照附录B进行。

7.5环境适应性

按照GB/T2423.1—2008和GB/T2423.2—2008要求进行。

7.6电磁兼容性

按照GB4824—2013试验方法要求进行检验。

8验收

8.1环境条件

验收时环境温度范围为-5℃到60℃

，环境相对湿度≤80%。

8.2外观及工作正常性检查

符合6.2要求。

8.3功能检查

用目测法检查仪器，其结果应符合5中的要求。

8.4性能检查

按照6.4的方法进行仪器性能检验，应符合5中的要求。

8.5检验合格证

检验合格证应包括但不限于如下内容：

——产品名称、型号；

——制造商名称；

——执行的产品标准编号；

——出厂检验结论、检验日期；

——检验员标识或检验员代号。

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T/ZKJXXXXXXX—2020AA

附录A

（资料性）

基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端功能检验方法

A.1导航定位功能、无线通信功能、对外发送信息

该项功能检验步骤如下：

a)使用一台具备公网IP地址的计算机作为数据库服务器，并配置其用于监听终端回传数据的端

口号，运行服务器数据库程序。

b)将终端置于室外空旷的场地，接通电源并开机启动。同时将一台通用GNSS接收机放置在终端

周围。

c)利用另外一台电子计算机通过终端的数据接口将数据库服务器的IP地址与端口号写入终端。

d)查看数据库服务端接收到的终端经纬度数据并与通用GNSS接收机测量的经纬度比较，若两者

的经度差值≤±1°且两者的纬度差值≤±1°，则说明终端具备导航定位功能，同时说明

了无线通信功能正常。若服务器接收到了5.3.6所述的其他数据，则说明对外发送信息正常。

A.2电气保护功能

使用一台稳压电源，并将其电压设置于终端工作的额定电压，将稳压电源正负极反接到终端电源接

口，等待10s。此后将稳压电源正负极正确接入终端，查看终端能否正常工作，若可正常工作则说明电

器保护功能正常。

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T/ZKJXXXXXXX—2020

BB

附录B

（资料性）

基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端性能检测方法

B.1功耗

选择量程适当的瓦特表进行检验。

B.2天线性能

在微波暗室产生相应的左旋圆极化电磁波和右旋圆极化电磁波，测量天线的增益及噪声系数。

B.3捕获灵敏度

使用符合T/ZKJXX00003—2018要求的全球导航卫星系统信号模拟器进行检验。方法是将终端的

GNSS天线取下，然后将模拟器的信号输出接入终端，调整模拟器信号输出功率为-148dBm,按附录A.1检

验终端的导航定位功能，若导航定位功能正常则说明捕获灵敏度符合要求。

B.4反射信号相关功率时间延迟分辨率

根据终端输出的反射信号相关功率数据点的时间间隔进行检验。

B.5探测数据更新率

根据终端通过无线网络上传到数据服务器的状态信息进行检验。

B.6卫星导航系统支持

根据终端通过无线网络对外发送信息中的卫星编号进行检验。

B.7探测面积

测量面积取第一菲涅尔区与天线覆盖区的交集。其中要测得第一菲涅尔区的面积S(单位：m2)，首

先测得GNSS天线距土壤表面的垂直高度h（单位：m），以及终端输出卫星的仰角θ（单位：度），则第

一菲涅尔区可由公式（B.1）确定：

h/sin22/4sin

S

sin...........................(B.1)

式中：

——为导航信号波长,单位为米（m）

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T/ZKJXXXXXXX—2020

示例：以GPSL1信号为例，0.1903m。

B.8探测精度

检验方法如下：

将终端安装在空旷海岸上，以安装地点为中心至少100m半径的范围内无建筑物或树木遮挡，调

整GNSS反射信号接收天线使其照射海面，开机进行数据采集；同时使用至少3个经过校准的海面风

浪测量仪在安装地点周围的海域中随机部署，并均以固定采样时间间隔（10分钟以内）采集海面风浪信

息数据；数据采集期间要涵盖高低风速场景，并确保数据采集期间以安装地点为中心至少1km半径的

海域内风浪有明显变化。

测量准确度计算方法如下：

首先对每个采样时刻三个海面风浪测量仪测得的海面风浪值进行平均，并将其作为真实海面风浪

值，单位分别为米每秒（m/s）和厘米(cm)。

然后按照公式（B.2）计算测量精确度A:

N

12

A='yiyi...............................(B.2)

Ni1

式中：

——N为数据采集期间总的数据点数；

——yi为第i个采样时刻终端测得的海面风浪值；

——yi'为第个采样时刻的真实海面风浪值。

_________________________________

8

T/ZKJXXXXXXX—2020

目次

前言................................................................................II

1范围...............................................................................1

2规范性引用文件.....................................................................1

3术语和定义.........................................................................1

3.1................................................................................1

4系统组成...........................................................................1

5一般要求...........................................................................2

5.1通用要求.......................................................................2

5.2功能要求.......................................................................3

5.3性能要求.......................................................................3

5.4环境要求.......................................................................4

5.5电磁兼容要求...................................................................4

5.6接口要求.......................................................................4

5.7安全要求.......................................................................4

6包装...............................................................................4

7试验方法...........................................................................4

7.1环境条件.......................................................................4

7.2外观及工作正常性检查...........................................................4

7.3功能检验.......................................................................5

7.4性能检验.......................................................................5

7.5环境适应性.....................................................................5

7.6电磁兼容性.....................................................................5

8验收...............................................................................5

8.1环境条件.......................................................................5

8.2外观及工作正常性检查...........................................................5

8.3功能检查.......................................................................5

8.4性能检查.......................................................................5

8.5检验合格证.....................................................................5

附录A（资料性）基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端功能检验方法..........6

附录B（资料性）基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端性能检测方法..........7

I

T/ZKJXXXXXXX—2020

基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端

1范围

本文件规定了基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端的系统组成、功能要求、性能要

求、安全要求、试验方法和验收方法。

本文件适用于岸基、机载等低动态海面风浪探测应用场景中的基于全球导航卫星系统反射信号的海

面风浪探测终端的生产、制造和使用等。

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/T2423.1—2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温

GB/T2423.2—2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温

GB/T4208—2017外壳防护等级（IP代码）

GB4824—2013工业、科学和医疗(ISM)射频设备骚扰特性限值和测量方法

GB/T12763.3—2007海洋调查规范第3部分:海洋气象观测

GB/T15920—2010海洋学术语物理海洋学

GB/T19391—2003全球定位系统（GPS）术语及定义

JJF1180—2007时间频率计量名词术语及定义

JJF1188—2008无线电计量名词术语及定义

JB/T9536—2013户内户外防腐低压电器环境技术要求

T/ZKJXX00003—2018全球导航卫星系统(GNSS)信号模拟器要求

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

第一菲涅尔区firstfresnelzone

包含一些反射点的椭圆体,在这些反射点上反射波和直射波的路径差小于半个波长。

4系统组成

基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端是一种利用卫星导航直射信号与经海面反射

的卫星导航信号相关功率信息进行海面风浪探测的装置，主要由GNSS直射反射天线、信号处理模块、海

面风浪探测模块、无线传输模块、无线通信天线、防护机箱组成，如图1所示。

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T/ZKJXXXXXXX—2020

图1基于全球导航卫星系统反射信号的海面风浪探测终端的系统组成

终端系统各组成部分的功能如下：

a)GNSS直射天线接收导航卫星直射信号，GNSS反射天线接收经海面反射的导航卫星信号；

b)导航信号处理模块捕获跟踪解析GNSS天线接收到的直射信号并输出导航数据包括位置数据、时

间数据、每颗可见导航卫星的仰角、方位角，处理经海面的反射信号并输出反射信号相关值数据；

c)海面风浪计算模块对每颗可见卫星的相关值数据进行处理以从中提取出与海面风浪有关的观测

量，进而利用这些观测量进行海面风浪探测，最终将反演得到的海面风浪信息与其他辅