T/JSERS 3-2024 T/JSREA 2001-2024 测浪雷达技术规范

ICS 27 180 CCS M 50 团体标准 T/JSERS 3—2024 T/JSREA 2001—2024 测浪雷达技术规范 Technical specification for wave radar 2024 - 12 - 26发布2025 - 1 - 26实施 江苏省能源研究会 江苏省可再生能源行业协会 发布 目次 前言 ................................................................................. II 引言 ................................................................................ III 1 范围 ............................................................................... 4 2 规范性引用文件 ..................................................................... 4 3 术语和定义 ......................................................................... 4 4 符号和缩略语 ....................................................................... 4 5 分类与组成 ......................................................................... 4 6 功能要求 ........................................................................... 6 7 指标要求 ........................................................................... 6 8 运行要求 ........................................................................... 7 9 出厂测试要求 ....................................................................... 7 附录A（资料性） 输出参数列表 ......................................................... 9 附录B（规范性） 海面特征参数提取计算方法 ............................................ 11 T/JSERS 3—2024 T/JSREA 2001—2024 II 前言 本文件按照GB 1.1—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。 本文件由江苏省可再生能源行业协会、江苏省能源研究会提出并归口。 本文件起草单位：南京微麦科斯电子科技有限责任公司、水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院、江苏金风科技有限公司、中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司、广东粤电湛江风力发电有限公司、中广核新能源投资（深圳）有限公司江苏分公司、山东发展新能源有限公司、江苏能晟工程技术有限公司。 本文件主要起草人：林思夏、曾仲毅、尹光、张越、汪德清、王兴刚、冀卫东、郝鹏、王保计、余意、廖伟高、宋立楠、房海峰、常峰、尚庆栋、陈磊、侯智成。 T/JSERS 3—2024 T/JSREA 2001—2024 III 引言 本文件的发布机构提请注意，声明符合本文件时，可能涉及到5.2应用场景相关的专利使用。 本文件的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。 该专利持有人已向本文件的发布机构保证，他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下，就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案。相关信息可以通过以下联系方式获得： 专利持有人姓名：李菲 地址：南京市浦口区景枫乐创中心B1座401室。 请注意除上述专利外,本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 T/JSERS 3—2024 T/JSREA 2001—2024 4 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、指标要求、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、制造和运行。 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 4028 外壳防护等级（IP代码） GB 13972 海洋水文仪器通用技术条件 GB 15920 海洋学术语 物理海洋学 GB 17378.1 海洋监测规范 第1部分：总则 GB 18314 全球导航卫星系统（GNSS）测量规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 测浪雷达 wave radar 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-element array antenna 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。 4 符号和缩略语 下列符合和缩略语适用于本文件。 AC Alternating Current 交流电 FFT Fast Fourier Transform 快速傅里叶变换 GNSS Global Navigation Satellite System 全球导航卫星系统 MTBF Mean Time Between Failures 平均故障间隔时间 MTTR Mean Time To Recovery 平均维护时间 RH Relative Humidity 相对湿度 UPS Uninterruptible Power Supply 不间断电源 5 分类与组成 分类 测浪雷达分为单天线测浪雷达、三单元阵列天线测浪雷达、漂浮式单天线测浪雷达、漂浮式三单元阵列天线测浪雷达。 应用场景 5.2.1 单天线测浪雷达 T/JSERS 3—2024 T/JSREA 2001—2024 5 单天线测浪雷达主要面向潮位站、海上风电机组、海上升压站等固定式平台，实现对海洋的波高、波周期、潮位等要素的连续监测。 5.2.2 三单元阵列天线测浪雷达 三单元阵列天线测浪雷达主要面向潮位站、海上风电机组、海上升压站等固定式平台，实现对海洋的波高、波周期、波向、潮位、表面流速等要素的连续监测。 5.2.3 漂浮式单天线测浪雷达 漂浮式单天线测浪雷达主要面向漂浮式潮位站、浮动式风电桩或者其它海上船舶等漂浮式平台，利用满足GB 18314的GNSS设备测量姿态信息实现运动补偿，在浮动平台上实现对海洋的波高、波周期、潮位等要素的连续监测。 5.2.4 漂浮式三单元阵列天线测浪雷达 漂浮式三单元阵列天线测浪雷达主要面向漂浮式潮位站、浮动式风电桩或者其它海上船舶等漂浮式平台，利用满足GB 18314的GNSS设备测量姿态信息实现运动补偿，实现对海洋的波高、波周期、波向、潮位、表面流速等要素的连续监测。 系统组成 5.3.1 单天线测浪雷达 单天线测浪雷达系统组成见表1： 表 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 2 综合控制机箱（包括嵌入式计算机、控制单元、信号处理单元、远程通讯模块、电源单元） 1套 3 相关配套软件 1套 4 其他系统配件（1套雷达传感器支架、1套固定支架、1根电源线及1根对应控制线缆。） 1套 5.3.2 三单元阵列天线测浪雷达 三单元阵列天线测浪雷达系统组成见表2： 表 2 三单元阵列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 2 综合控制机箱（包括嵌入式计算机、控制单元、信号处理单元、远程通讯模块、电源单元） 1套 3 相关配套软件 1套 4 其他系统配件（1套雷达传感器支架、1套固定支架、1根电源线及3根对应控制线缆。） 1套 5.3.3 漂浮式单天线测浪雷达 漂浮式单天线测浪雷达系统组成见表3： 表 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 T/JSERS 3—2024 T/JSREA 2001—2024 6 表3 漂浮式单天线测浪雷达设备系统组成（续） 序号 名称 数量 2 综合控制机箱（包括嵌入式计算机、控制单元、信号处理单元、远程通讯模块、电源单元） 1套 3 GNSS系统 1套 4 相关配套软件 1套 5 其他系统配件（1套雷达传感器支架、1套固定支架、1根电源线及1根对应控制线缆。） 1套 5.3.4 漂浮式三单元阵列天线测浪雷达 漂浮式三单元阵列天线测浪雷达系统见表4： 表 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 2 综合控制机箱（包括嵌入式计算机、控制单元、信号处理单元、远程通讯模块、电源单元） 1套 3 GNSS系统 1套 4 相关配套软件 1套 5 其他系统配件（1套雷达传感器支架、1套固定支架、1根电源线及3根对应控制线缆。） 1套 6 功能要求 一般要求 测浪雷达应满足以下要求： a) 表面无锈蚀，涂覆层无脱落、龟裂和起泡现象，无明显凹痕、划伤、裂痕、毛刺等机械损伤； b) 相应设备及保护装置的标识正确、清晰、端正； c) 外观尺寸与图纸尺寸误差±10mm以内； d) 铭牌内容应包含生产厂家、型号、IP等级； e) 元器件、部件、机箱外壳等连接部分应坚固可靠，安装正确，符合GB 13972相关规定。 气候环境要求 测浪雷达应满足以下环境要求： a) 工作温度：-20℃～50℃； b) 储存温度：-40℃～55℃； c) 湿度：≤96%RH。 电磁环境要求 测浪雷达电磁环境应满足GB 13972中的相关规定。 7 指标要求 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，计算方法见附录B，单天线测浪雷达系统指标应满足表5、三单元阵列天线测浪雷达系统指标应满足表6中的相关要求。 T/JSERS 3—2024 T/JSREA 2001—2024 7 表 5 单天线测浪雷达系统指标测量要求（含漂浮式） 指标 量程 精度 频率或时间间隔 测量范围 0.5m～60m ±0.01m 10Hz 潮位 0～25m ±0.01m 1min/6min/12min 波高 0～55m ±0.02m 1min/6min/12min 波周期 1s～50s ±0.05s 1min/6min/12min 表 6 三单元阵列天线测浪雷达系统指标测量要求（含漂浮式） 指标 量程 精度 频率或时间间隔 测量范围 0.5m～60m ±0.01m 10Hz 潮位 0～25m ±0.01m 1min/6min/12min 波高 0～55m ±0.02m 1min/6min/12min 波向 0～360° ±5° 1min/6min/12min 波周期 1s～50s ±0.05s 1min/6min/12min 流速 0.01m/s～10m/s 0.01m/s 1min/6min/12min 流向 0～360° ±5° 1min/6min/12min 通讯接口 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。 电源 测浪雷达电源应满足以下要求： 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（7天及以上）。 防护等级 测浪雷达的气密性应满足GB 4028外壳防护等级中IP67。 软件功能 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（详见附录A）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误差应小于30s，时间标准应满足GB 17378.1-2007中7.2的规定； 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。 8 运行要求 MTBF应不小于10000h。 MTTR应不大于4h，其中不包含往返路程时间。 9 出厂测试要求 测试条件 测浪雷达出厂前所有测试应满足但不限于以下条件： a) 测试环境应满足6.2的要求； b) 测试场所周围应无强反射体及强电磁干扰； T/JSERS 3—2024 T/JSREA 2001—2024 8 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。 测试方法 9.2.1 一般要求测试 用目视法对雷达的外观、结构、工艺等进行检查，并满足6.1的要求视为合格。 9.2.2 气候环境适应性测试 气候环境测试分为低温试验、高温试验和湿度试验，具体试验参数见表7。 表 7 气候环境适应性试验测试参数 序号 试验项目 试验参数 备注 1 低温贮存 -40℃±3℃、8h 按分机进行试验 低温工作 -20℃±3℃、4h 2 高温贮存 55℃±2℃、8h 按分机进行试验 高温工作 50℃±2℃、4h 3 高温高湿工作 40℃±2℃、93%±3%、48h 按分机进行试验 9.2.3 电磁环境适应性测试 电磁环境适应性测试分为抗干扰度试验测试和电磁兼容性试验测试，抗干扰度试验测试参数应满足表8，电磁兼容性试验测试参数应满足表9。 表 8 电磁环境抗干扰度试验测试参数 序号 试验项目 试验参数 参考标准 1 外壳 静电放电(ESD) 接触放电4kV,空气放电8kV GB 13972 射频电磁场辐射 1V/m(80MHz～1GHz) 1V/m(1.4GHz～2.0GHz) 1V/m(2.0GHz～2.7GHz) 2 交流电源 电压暂降 0%半周期 GB 13972 浪涌 0.5kV/1kV 脉冲群 1kV(5/50ns,5kHz) 射频感应的传导骚扰 1V(150kHz～80MHz) 3 I/O信号/控制 脉冲群 0.5kV(5/50ns,5kHz) GB 13972 浪涌 不要求 射频感应的传导骚扰 1V(150kHz～80MHz) A A 表 9 电磁兼容性试验测试参数 序号 试验项目 试验参数 参考标准 1 频率范围 230MHz～1000MHz GB 13972 2 准峰值 37dB(V/m) 3 测量距离 10m T/JSERS 3—2024 T/JSREA 2001—2024 9 附录A （资料性） 输出参数列表 A.1 单天线测浪雷达（含漂浮式） 单天线测浪雷达（含漂浮式）输出参数要求见表A.1。 表 A.1 单天线测浪雷达（含漂浮式） 数据序号 数据描述 数据单位 00 海面高程 cm 01 最大浪高 cm 02 最大浪周期 10ms 03 最大浪高(1/50H) cm 04 最大浪周期(1/50T) 10ms 05 最大浪高(1/10H) cm 06 最大浪周期(1/10T) 10ms 07 有效浪高(1/3H) cm 08 有效浪周期(1/3T) 10ms 09 平均浪高(allH) cm 10 平均浪周期(allT) 10ms 11 最长浪周期 10ms 12 最长浪周期(1/50T) 10ms 13 最长浪周期(1/10T) 10ms 14 最长浪周期(1/3T) 10ms 15 统计波数 个 16 采样时长 ms 17 采样点数 个 18 数据记录时间（年） y 19 数据记录时间（月） m 20 数据记录时间（日） d 21 数据记录时间（时） h 22 数据记录时间（分） min 23 数据记录时间（秒） s A.2 三单元阵列天线测浪雷达（含漂浮式） 单天线测浪雷达（含漂浮式）输出参数要求见表A.2。 表 A.2 三单元阵列天线测浪雷达（含漂浮式） 数据序号 数据描述 数据单位 00 海面高程 cm 01 最大浪高 cm 02 最大浪周期 10ms 03 最大浪高(1/50H) cm 04 最大浪周期(1/50T) 10ms 05 最大浪高(1/10H) cm 06 最大浪周期(1/10T) 10ms T/JSERS 3—2024 T/JSREA 2001—2024 10 表A.2 三单元阵列天线测浪雷达（含漂浮式）（续） 数据序号 数据描述 数据单位 07 有效浪高(1/3H) cm 08 有效浪周期(1/3T) 10ms 09 平均浪高(allH) cm 10 平均浪周期(allT) 10ms 11 最长浪周期 10ms 12 最长浪周期(1/50T) 10ms 13 最长浪周期(1/10T) 10ms 14 最长浪周期(1/3T) 10ms 15 统计波数 个 16 采样时长 ms 17 采样点数 个 18 主浪向 ° 19 主浪周期 10ms 20 最大风速 cm/s 21 平均风速 cm/s 22 最小风速 cm/s 23 平均风向 ° 24 数据记录时间（年） h 25 数据记录时间（月） m 26 数据记录时间（日） d 27 数据记录时间（时） h 28 数据记录时间（分） min 29 数据记录时间（秒） s 注： H后缀的代表浪高的统计值，T后缀的代表浪周期的统计值，前面数值代表统计值的特征参数，如1/3H代表海浪1/3浪高统计值。 T/JSERS 3—2024 T/JSREA 2001—2024 11 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GB 15920相关内容。 B.2.1 均方根波高 ( ) 2 2 1 1 8 rms n n n n H H S     = = = =   (1) 均方根波高同能量谱密度函数的关系为 ( ) 0 1 2 2 2 2 rms n n H S   m  = =   = (2) 2 0 0 0 1 ( ) 2 ( ) S d N S d        +  =   (3) 其中， ( ) 0 n n m  S  d  =  为能量谱密度函数的谱矩， n H 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。0 m 为能量谱零阶矩。 0+ N 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 具有1/N概率的最大波高的平均值，定义为最大波高。最大波高同波高的定义，在观测周期中波的 个数有关。有 ( )2 2 1 1 0 2 2 2 ln 1 1 2ln 1 1 N N N H h m N   N         = =    + −   − −    −     (4) 对于波浪运动，通常认为是窄带过程，有  ( )  1 1 0 2 2 ln 1 2ln N N H = h = m N + N   − N    (5) 根据均方根波高和有义波高的关系，可得有义波高 0 4 SH = m (6) 其中，具有1/N 概率的最大波高的平均值定义为1/N 波高，如1/3波高，1/10波高、1/50波高，计算 方法为计算测量得到的波面高程的概率分布函数，计算对应概率为1/N 得到的分位数。( )为正态分 布的分布函数。 T/JSERS 3—2024 T/JSREA 2001—2024 12 B.2.3 平均过零周期 平均过零周期由随机过程通过零水平次数的期望值确定。即单位时间过水平的平均次数 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 0 0 0 1 , exp 2 S d N t p t d S d S d                +   −            −  =   =                 (7) 当0  = 有 ( ) ( ) 2 0 0 0 1 2 S d N S d        +  =   (8) 相应的平均过零周期为： 0 0 2 1 2 Z m T N m  + = = (9) 其余参数可查阅GB 15920 相关内容得到对应计算方法。