在北卡罗来纳州的美国陆军工程研究与开发中心（ERDC），一场关乎全球海洋观测技术未来的研究如火如荼地进行。作为美国陆军海岸与水力学实验室主导的关键项目，此次研究聚焦于验证全球导航卫星系统（GNSS）浮标的测波性能。这一研究不仅确认了GNSS浮标的技术优势，更预示了它在全球海洋观测网络中的核心地位。
GNSS浮标以低成本、高性能、易部署等特点，正在悄然改变海洋观测的格局。美军早已敏锐地捕捉到这一技术革命的潜力，并率先将其列为全球海洋观测系统的重要装备。凭借无需复杂标定、南北极无磁场干扰、可大规模布放的显著优势，GNSS浮标为全球范围内的长期海洋观测提供了一种全新的解决方案。
此次验证研究历时8个月，覆盖了从近岸浅水区到深水区的多种典型环境。研究团队在美军海上试验场部署了五种不同型号的GNSS浮标，分别是：
Sofar Spotter：由商业公司SoFar Ocean开发，具有高度集成的GPS接收系统，适用于大规模部署和实时数据传输。图片
Zunibal Anteia：由Zunibal公司生产，强调耐用性和长时间自主运行能力，适用于恶劣海况。
SIO CORDC Miniature Wave Buoy (MWB) ：由加州大学圣地亚哥分校的海岸观测研究与发展中心研发，具备高精度波浪测量功能。
SIO LDL Directional Wave Spectra Drifter (DWSD) ：同样来自加州大学圣地亚哥分校的拉格朗日漂流实验室，专注于波浪方向谱的高精度测量。
UW-APL SWIFTv3和SWIFTv4 ：由华盛顿大学应用物理实验室开发，集成了先进的数据处理算法，能够在高频和低频范围内提供精确的波浪参数。这些浮标均基于GNSS技术，利用全球导航卫星系统进行位置和速度的高精度测量，无需依赖复杂的机械部件或额外的传感器校准。与传统设备如Datawell Waverider浮标和声学多普勒流速剖面仪（ADCP）进行性能对比，结果显示GNSS浮标在波浪频谱参数、波高和波向等关键指标上表现优异，甚至在方向参数精度上超越传统设备。
研究还进一步证明了GNSS浮标在极端环境中的适应能力，尤其是在南北极地区，由于无磁场干扰，GNSS浮标相比传统基于加速度计的设备拥有明显优势。无论是在复杂流场的近岸水域，还是在深远海域，GNSS浮标都展现了其稳定的通讯和高质量数据采集能力。
大规模布放：低成本高效的技术优势
GNSS浮标的另一个显著优点在于其大规模布放的经济可行性。相比传统浮标需要高昂的制造和维护费用，GNSS浮标的单台成本仅为传统设备的五分之一甚至更低。此外，其轻量化设计和无需标定的特点，使得美军可以快速部署大量浮标，实现对全球海域的全覆盖观测。
这不仅降低了海洋观测网络的建设门槛，也为应对突发性灾害提供了快速响应的可能性。例如，在极地地区的极端天气条件下，GNSS浮标可以由直升机或小型飞机直接投放，立即开始数据采集工作，为军事行动或科研任务提供高效支持。
全球技术竞赛：国产化的崛起
在美军推动GNSS浮标技术的同时，全球范围内的技术竞赛也在悄然展开。中国青岛的安海公司便是这一领域的重要参与者。安海公司依托国产北斗卫星导航系统，研发了基于北斗的波浪浮标，并配备了更先进的算法，能够提供更加准确和可靠的测量结果。这一国产化替代方案不仅增强了技术自主性，还有效解决了对国外技术的依赖问题，特别是在关键时刻避免“卡脖子”的技术瓶颈。
安海公司的浮标系统在复杂海况和极端环境中的表现同样出色，特别是在南北极地区，利用北斗系统的高精度和广覆盖，确保了数据的稳定性和准确性。这不仅提升了中国在海洋观测装备领域的竞争力，也为全球海洋科学研究和海洋资源开发提供了强有力的技术支持。
未来海洋观测的主力军
美军对GNSS浮标的重视，折射出其对海洋观测技术的前瞻性布局。作为一项突破性的海洋观测装备，GNSS浮标不仅提升了海洋观测能力，也为军事、科研和环境保护等多领域提供了关键支持。从风暴监测到极地航道安全，从水文气象研究到潜在军事行动，GNSS浮标无疑已成为全球海洋观测的主力军。
正如项目负责人所言：“GNSS浮标的出现，不仅是一场技术革命，更是一场观测理念的革新。美军的投入，体现了对未来全球海洋战略格局的深远洞察。”
在这个全球化的技术竞赛中，美军与中国公司的“双龙戏水”不仅推动了各自国家的海洋观测能力提升，也为全球海洋科学研究和环境保护事业注入了新的动力。未来，随着技术的不断进步和国际合作的深化，GNSS浮标必将在全球海洋观测中扮演更加重要的角色。
参考：C. O. Collins et al., “Performance of moored GPS wave buoys,” Coastal Engineering Journal, vol. 0, no. 0, pp. 1–27, 2024, doi: 10.1080/21664250.2023.2295105.