專利名稱：天線測姿傳感器以及天線測姿方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于對通信網(wǎng)絡(luò)中的天線姿態(tài)進行檢測的傳感器以及天線姿態(tài)檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)無線通信運營商的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶數(shù)量都得到了較快增長。隨著市場競爭的加劇，移動通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量作為進一步發(fā)展用戶、降低用戶離網(wǎng)率的有力保障已成為決定運營商之間相互競爭的一個關(guān)鍵因素。移動通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的影響因素主要可以分為三類網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的合理性、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能質(zhì)量以及現(xiàn)場施工的工程質(zhì)量，而在這三個因素中基站天線的工參數(shù)據(jù)是最基礎(chǔ)的要素，而工參數(shù)據(jù)的測量是通信基站天線的建設(shè)、維護與優(yōu)化等生產(chǎn)作業(yè)中最基礎(chǔ)的工作，只有在一個完整可靠的天線工參數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及優(yōu)化等工作才能將通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量做得高效而準(zhǔn)確。 天線的工參數(shù)據(jù)主要包括方位角、俯仰角、橫滾角、掛高以及位置等等。方位角通常以正北方向為零度角，正南方向為180度角，并順時針增加，天線的方位角由天線所在的位置決定，準(zhǔn)確的方位角能夠保證基站的實際覆蓋與所預(yù)期的相同，進而保證網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量；天線的方位角可以根據(jù)話務(wù)量或網(wǎng)絡(luò)存在的具體情進行適當(dāng)調(diào)節(jié)以便更好的優(yōu)化現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)。俯仰角包括俯角(即下傾角)和仰角(即上仰角)，通常天線的俯仰角是指天線的下傾角。選擇合適的俯仰角可以使天線至該天線覆蓋邊界的電磁波與其他天線覆蓋的電磁波能量重疊減至最小，從而使相鄰的區(qū)域間信號干擾減至最小。若俯仰角過小，會導(dǎo)致相鄰區(qū)域間信號交叉覆蓋，相鄰切換關(guān)系混亂，系統(tǒng)內(nèi)的信號干擾嚴(yán)重；如果俯仰角偏大，則會造成覆蓋區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生信號盲區(qū)或弱區(qū)，同時導(dǎo)致天線方向圖形狀變形，導(dǎo)致嚴(yán)重的系統(tǒng)內(nèi)干擾。橫滾角是描述物體空間姿態(tài)的必要參數(shù)之一。天線的橫滾角一般不出現(xiàn)在傳統(tǒng)天線工參中，這是以前測試手段所限和對其重要性的忽視造成的?；咎炀€安裝時基本都要盡量保證經(jīng)過天線中心的縱切面垂直于地面，這時天線橫滾角為零。而實際上由于安裝水平限制，和后期外來力量作用，相當(dāng)比例的天線橫滾角相對零度有較大偏差。較大非零的橫滾角會造成需要覆蓋方向的電波范圍大大偏離預(yù)期，造成相關(guān)規(guī)劃優(yōu)化不準(zhǔn)確。例如當(dāng)天線發(fā)生側(cè)傾，即傾角和天線縱切面不在同一面上時，則必須要加上橫滾角才能描述天線空間姿態(tài)，才能準(zhǔn)確計算電波具體覆蓋情況。天線測姿即是對天線的姿態(tài)工參數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確測量，為網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供可靠基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的天線測姿是工作人員采用多個工具進行人工測量。天線方位角的測量方式多是通過使用指北針人為地確定。由于地球的磁力線一致性較差，因此指北針容易受天然條件的制約，無法提供一致的指向測量。例如地球上某點的磁偏角可能為幾度到20幾度，地磁指數(shù)可能受磁暴的影響，地球礦物分布不均，等等因素都會磁北極的變化；地球上一般的地方只能保證幾公里范圍磁力線方向一致，但隨著電器、建筑、汽車、鋼鐵的大量引入城市，小范圍的磁場變化更難補償；基站本身的天線要發(fā)送幾十瓦電磁波，基站本身塔架由大量鋼鐵高密度焊在一起，近端磁場沒有規(guī)律性的準(zhǔn)確補償辦法，等等這些都是引發(fā)方位角無法精確測量的因素。天線俯仰角的測量方式則是工作人員通過檢查天線安裝架上的標(biāo)注有低精度刻度標(biāo)記的方法進行確定，由于工程人員的工作技巧以及測量方法的不同，會使測量結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差，無法達(dá)到精確設(shè)計的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種不受電磁信息干擾，能夠精確測量天線各種工參數(shù)據(jù)的傳感器，并提供一種基于天線測姿傳感器的天線測姿方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。天線測姿傳感器，包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的日位傳感器、三軸重力加速傳感器、GPS模塊、中央處理器、電源模塊以及存儲輸出模塊；所述中央處理器的輸入端分別與日位傳感器、三軸重力加速傳感器和GPS模塊的輸出端連接，中央處理器的輸出端連接存 儲輸出模塊；所述電源模塊分別與日位傳感器、三軸重力加速傳感器、GPS模塊、中央處理器和存儲輸出模塊連接。本發(fā)明的改進在于所述日位傳感器的三軸坐標(biāo)系與三軸重力加速傳感器的三軸坐標(biāo)系為平移關(guān)系。所述日位傳感器的具體結(jié)構(gòu)為所述日位傳感器包括晷面，晷針和晷針影角度傳感器。一種天線測姿方法，該方法基于天線測姿傳感器，所述天線測姿傳感器包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的日位傳感器、三軸重力加速傳感器、GPS模塊、中央處理器、電源模塊以及存儲輸出模塊；所述中央處理器的輸入端分別與日位傳感器、三軸重力加速傳感器和GPS模塊的輸出端連接，中央處理器的輸出端連接存儲輸出模塊；所述電源模塊分別與日位傳感器、三軸重力加速傳感器、GPS模塊、中央處理器和存儲輸出模塊連接；所述日位傳感器的三軸坐標(biāo)系與三軸重力加速傳感器的三軸坐標(biāo)系為平移關(guān)系；具體包括以下步驟
a.首先通過夾具將天線測姿傳感器安裝在被測天線上，使被測天線靠近天線測姿傳感器并保持被測天線與天線測姿傳感器之間相對穩(wěn)定，同時測量被測天線與天線測姿傳感器之間的夾角Λ ;
b.通過GPS模塊采集天線所在的地理位置、掛高以及采集的標(biāo)準(zhǔn)時間；通過三軸重力加速傳感器采集天線的俯仰角Y和橫滾角Θ ;通過日位傳感器采集太陽在天線基準(zhǔn)面的相對入射角方位角Φ ;
c.根據(jù)天線測姿傳感器中GPS模塊測得天線所處的地理位置以及采集的標(biāo)準(zhǔn)時間，結(jié)合當(dāng)時當(dāng)?shù)靥栜壍佬畔⑼茖?dǎo)當(dāng)時太陽相對當(dāng)?shù)氐乩砘鶞?zhǔn)面的垂直入射角α和水平入射角β ;
d.根據(jù)步驟b和步驟c所得的數(shù)據(jù)，依據(jù)下式計算天線的方位角δ
. ,smCP-δ)
IaniΦ.Θ)=-;
sinl:f-A)ten(o-ii).+cos(y-4)ec>s(p-5)
e.重復(fù)步驟b至步驟d，測量獲得多組天線工參數(shù)據(jù)優(yōu)化結(jié)果并存儲輸出。由于采用本發(fā)明取得的技術(shù)進步如下。本發(fā)明利用免費的不受干擾的太陽信息實現(xiàn)天線各個工參的測量，避免了由于受電磁干擾造成的定向不準(zhǔn)確，保證了天線工參測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為通信基站天線的建設(shè)、維護與優(yōu)化提供了可靠基礎(chǔ)。本發(fā)明天線測姿傳感器中的日位傳感器、三軸重力加速傳感器和GPS模塊各自獨立工作，并利用GPS模塊的計時功能，結(jié)合太陽軌道信息，由中央處理進行信號的綜合分析與計算，從而得出天線的各個工參。


圖I為本發(fā)明所述天線測姿傳感器的安裝示意圖。圖2為所述天線測姿傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本發(fā)明所述天線測姿方法的流程圖。其中，I.被測天線，2.殼體，3.日位傳感器，4.三軸重力加速傳感器，5. GPS模塊。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。一種天線測姿傳感器，主要包括殼體2以及設(shè)置在殼體內(nèi)的日位傳感器3、三軸重力加速傳感器4、GPS模塊5、中央處理器、電源模塊以及存儲輸出模塊；中央處理器的輸入端分別與日位傳感器、三軸重力加速傳感器和GPS模塊的輸出端連接，中央處理器的輸出端連接存儲輸出模塊；所述電源模塊分別與日位傳感器、三軸重力加速傳感器、GPS模塊、中央處理器和存儲輸出模塊連接。本發(fā)明中日位傳感器的水平面與三軸重力加速傳感器的水平面平行設(shè)置，三軸重力加速傳感器的初始水平零度與日位傳感器的零度指向一致，即日位傳感器的三軸坐標(biāo)系與三軸重力加速傳感器的三軸坐標(biāo)系為平移關(guān)系。其中日位傳感器包括晷面、晷針和晷針影角度傳感器，當(dāng)一天中某時刻太陽在照在日晷上，晷針投影在晷面的角度可通過晷面上預(yù)置晷針影角度傳感器判讀。當(dāng)然日位傳感器還可以采用其他形式實現(xiàn)，例如通過相機拍照圖像處理判讀晷針投影在晷面的角度從而得出太陽相對晷面的入射方位角Φ。
一種天線測姿方法，該方法基于上述天線測姿傳感器，具體包括以下步驟a.首先通過夾具將天線測姿傳感器安裝在被測天線上，使被測天線與天線測姿傳感器的盡量靠近，并保證天線測姿傳感器的三軸坐標(biāo)系與天線的三軸坐標(biāo)系相平行，即被測天線與天線測姿傳感器之間的夾角Λ為O。b.中央處理器通過GPS模塊采集天線所在的地理位置、掛高以及采集的標(biāo)準(zhǔn)時間；通過三軸重力加速傳感器采集天線的俯仰角Y和橫滾角Θ ;通過日位傳感器采集太陽相對天線所處姿態(tài)的基準(zhǔn)面的相對入射方位角Φ。c.中央處理器根據(jù)日位傳感器測得天線所處的地理位置以及采集的標(biāo)準(zhǔn)時間，結(jié)合當(dāng)時當(dāng)?shù)靥栜壍佬畔⑼茖?dǎo)出太陽相對當(dāng)?shù)氐乩砘鶞?zhǔn)垂直入射俯仰角α和水平入射方位角β。d.中央處理器根據(jù)步驟b和步驟c所得的數(shù)據(jù)，依據(jù)下式計算天線的方位角δ
... ,sin(p-S)
3Π Φ-θ)=~ —。
. siti(Y-ii)t:an(0K4)+cos(f-d)cc>s(P-d)e.重復(fù)步驟b至步驟d，測量獲得多組天線工參，中央處理器通過采集的具有一定時間間隔的多組數(shù)據(jù)，進行數(shù)值的優(yōu)化計算。當(dāng)然，本發(fā)明步驟a中，天線測姿傳感器的三軸坐標(biāo)系與天線的三軸坐標(biāo)系可以 不平行設(shè)置，即可以保持一個固定的偏置角度，但是必須在最后的結(jié)果中將此偏置角度減去才是天線的基本工參。
權(quán)利要求
1.天線測姿傳感器，其特征在于包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的日位傳感器、三軸重力加速傳感器、GPS模塊、中央處理器、電源模塊以及存儲輸出模塊；所述中央處理器的輸入端分別與日位傳感器、三軸重力加速傳感器和GPS模塊的輸出端連接，中央處理器的輸出端連接存儲輸出模塊；所述電源模塊分別與日位傳感器、三軸重力加速傳感器、GPS模塊、中央處理器和存儲輸出模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線測姿傳感器，其特征在于所述日位傳感器的三軸坐標(biāo)系與三軸重力加速傳感器的三軸坐標(biāo)系為平移關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的天線測姿傳感器，其特征在于所述日位傳感器包括晷面、晷針和晷針影角度傳感器。
4.一種天線測姿方法，其特征在于該方法基于天線測姿傳感器，所述天線測姿傳感器包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的日位傳感器、三軸重力加速傳感器、GPS模塊、中央處理器、電源模塊以及存儲輸出模塊；所述中央處理器的輸入端分別與日位傳感器、三軸重力加速傳感器和GPS模塊的輸出端連接，中央處理器的輸出端連接存儲輸出模塊；所述電源模塊分別與日位傳感器、三軸重力加速傳感器、GPS模塊、中央處理器和存儲輸出模塊連接；所述日位傳感器的三軸坐標(biāo)系與三軸重力加速傳感器的三軸坐標(biāo)系為平移關(guān)系；具體包括以下步驟 a.首先通過夾具將天線測姿傳感器安裝在被測天線上，使被測天線靠近天線測姿傳感器并保持被測天線與天線測姿傳感器之間相對穩(wěn)定，同時測量被測天線與天線測姿傳感器之間的夾角Λ ; b.通過GPS模塊采集天線所在的地理位置、掛高以及采集的標(biāo)準(zhǔn)時間；通過三軸重力加速傳感器采集天線的俯仰角Y和橫滾角Θ ;通過日位傳感器采集太陽在天線基準(zhǔn)面的相對入射角方位角Φ ; c.根據(jù)天線測姿傳感器中GPS模塊測得天線所處的地理位置以及采集的標(biāo)準(zhǔn)時間，結(jié)合當(dāng)時當(dāng)?shù)靥栜壍佬畔⑼茖?dǎo)當(dāng)時太陽相對當(dāng)?shù)氐乩砘鶞?zhǔn)面的垂直入射角α和水平入射角β ; d.根據(jù)步驟b和步驟c所得的數(shù)據(jù)，依據(jù)下式計算天線的方位角δ — n,sin(p-8+)|ΜΙ(Φ<·Θ) =^ ' —■—^;" δ η(γ·Δ:Μ3η( -Δ)+(03(γ-Δ)ε (.Ρ-δ) e.重復(fù)步驟b至步驟d，測量獲得多組天線工參數(shù)據(jù)優(yōu)化結(jié)果并存儲輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天線測姿傳感器以及基于該天線測姿傳感器的天線測姿方法，其中天線測姿傳感器包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的日位傳感器、三軸重力加速傳感器、GPS模塊、中央處理器、電源模塊以及存儲輸出模塊。天線測姿方法包括以下步驟a.安裝天線測姿傳感器；b.采集天線的地理位置、掛高、采集的標(biāo)準(zhǔn)時間，天線的俯仰角γ和橫滾角θ以及相對入射角方位角φ；c.計算垂直入射角α和水平入射角β；d.計算天線的方位角δ；e.存儲輸出。本發(fā)明利用免費的不受干擾的太陽信息實現(xiàn)天線各個工參的測量，避免了由于受電磁干擾造成的定向不準(zhǔn)確，保證了天線工參測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為通信基站天線的建設(shè)、維護與優(yōu)化提供了可靠基礎(chǔ)。
文檔編號G01C1/00GK102901484SQ201210396600
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者畢詩捷 申請人:畢詩捷