本發(fā)明屬于衛(wèi)星定位與導(dǎo)航
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種通信基站天線方位角監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
：隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，目前三大運(yùn)營商僅存量天線數(shù)就超過350萬，隨著時(shí)間的推移，基站天線的功能參數(shù)、天線方位角與俯仰角都會發(fā)生變化，會導(dǎo)致基站天線實(shí)際覆蓋區(qū)域偏離規(guī)劃的范圍，將直接影響通信質(zhì)量，尤其是沿海臺風(fēng)多發(fā)地帶，其基站天線變化更為頻繁。因此天線方位角的實(shí)時(shí)監(jiān)測尤其重要，但是，由于對其工作狀況缺乏有效的監(jiān)控手段，基站天線系統(tǒng)的工作參數(shù)管理一直是維護(hù)的難點(diǎn)。隨著4G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，依靠傳統(tǒng)的巡檢手段進(jìn)行天線管理，不僅消耗了大量的人力物力，維護(hù)成本高，而且現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性較差。GNSS精密測向技術(shù)是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供精密位置服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前已廣泛應(yīng)用于駕考、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、無人機(jī)等機(jī)械控制。它利用GNSS測向技術(shù)，以載體上的兩個(gè)接收機(jī)采集的載波相位和偽距數(shù)據(jù)作為主要觀測值來進(jìn)行差分解算，并估計(jì)載波相位的整周模糊度，可以實(shí)時(shí)獲得高精度的航向信息，極大的提高了作業(yè)效率，降低作業(yè)成本。但是基于目前的GNSS測向產(chǎn)品一般基于采用雙頻方案，其硬件成本相對較高，從而限制了其應(yīng)用范圍以及產(chǎn)業(yè)化推廣。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種通信基站天線方位角監(jiān)測方法，該方法基于兩個(gè)低成本單頻衛(wèi)星導(dǎo)航模塊，支持多個(gè)基站天線上安裝的衛(wèi)星導(dǎo)航天線，獲得每個(gè)基站天線的方位角信息，可對基站天線進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測，提高網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化水平，降低維護(hù)成本。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種通信基站天線方位角監(jiān)測方法，該方法基于兩個(gè)低成本GNSS模塊以及多套GNSS天線，利用GNSS單頻偽距與載波相位觀測值，采用序貫最小二乘方法，實(shí)時(shí)解算模糊度的浮點(diǎn)解，并采用約束LAMBDA方法解算整周模糊度，獲得高精度的測向信息；同時(shí)采用射頻切換技術(shù)，獲得多套GNSS天線的方向信息，從而降低設(shè)備成本。進(jìn)一步，該方法具體包括以下步驟：步驟一：兩個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊連接兩個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航天線CPU控制射頻切換開關(guān)，使得兩個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊首次連接任一基站天線上安裝的兩個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航天線，兩個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊開始實(shí)時(shí)接收導(dǎo)航衛(wèi)星的單頻觀測數(shù)據(jù)；步驟二：形成雙差觀測方程GNSS單頻頻率雙差偽距與載波相位觀測值為：Δ▿LABjk=Δ▿ρABjk+λgΔ▿NABjk+ϵΔ▿LABjk]]>Δ▿PABjk=Δ▿ρABjk+ϵΔ▿PABjk]]>式中,為雙差偽距觀測值,表示以米為單位的雙差載波相位觀測值,為接收機(jī)到衛(wèi)星的雙差距離，λg為載波波長,為載波的模糊度值,表示偽距的觀測噪聲,表示載波相位的觀測噪聲；步驟三：周跳探測采用載波相位觀測值進(jìn)行解算時(shí)，由于天線周圍環(huán)境影響，載波相位觀測值不可避免的存在周跳現(xiàn)象，為了獲得可靠的解算結(jié)果，需要實(shí)時(shí)的探測周跳；由于兩個(gè)天線都處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此專利中的周跳探測方法采用時(shí)間差分法，如下式所示：Δ▿cABjk=Δ▿NABjk(t1)-Δ▿NABjk(t2)≈Δ▿LABjk(t1)-Δ▿LABjk(t2)]]>由于觀測時(shí)間間隔較短，衛(wèi)星變化不大，此方法可以有效探測到1周周跳；|Δ▿cABjk|≥δ]]>δ為域值，設(shè)置為0.8，如果超過該域值，則認(rèn)為有周跳發(fā)生，即重新初始化該模糊度參數(shù)；步驟四：線性化觀測方程步驟二中的公式為非線性觀測方程，為了解算相對基線分量，需要進(jìn)行線性化處理，采用泰勒展開線性化可得：Δ▿L~ABjk=axjkΔxB+ayjkΔyB+azjkΔzB+λgΔ▿NABjk+ϵΔ▿LABjk]]>Δ▿P~ABjk=axjkΔxB+ayjkΔyB+azjkΔzB+ϵΔ▿PABjk]]>式中為方向余玄，ΔxB，ΔyB，ΔzB為代估參數(shù)，為衛(wèi)星k，j到B天線近似距離，為衛(wèi)星k，j到A天線距離，A天線坐標(biāo)可由單點(diǎn)定位獲得；步驟五：序貫最小二乘估計(jì)采用序貫最小二乘即可以估計(jì)對應(yīng)的待估參數(shù)，其過程為：x^k|k=x^k-1|k-1+Kk(yk-Akx^k-1|k-1)]]>式中yk為偽距與載波相位觀測值，Ak為觀測值的系數(shù)矩陣，為k-1歷元的狀態(tài)向量，為預(yù)測的狀態(tài)向量，為當(dāng)前k歷元的狀態(tài)向量，Kk為增益矩陣；步驟六：基線約束模糊度解算采用序貫最小二乘技術(shù)，計(jì)算模糊度浮點(diǎn)解及其方差協(xié)方差陣此時(shí)采用約束LAMBDA方法解算模糊度，獲得模糊度的固定解；a‾(1,2,...,n)=argminz∈Z(z-a^)Qb^b^-1(z-a^)T]]>式中z為整數(shù)模糊度候選矢量，為最優(yōu)n組模糊度解算結(jié)果；對于每組模糊度值，更新基線向量：b^(a‾i)=b^+Qb^a^Qa^a^-1×(a‾i-a^),i∈[1,n]]]>式中為基線向量與模糊度的協(xié)方差，為浮點(diǎn)解基線向量，為固定解基線向量；由于基線長度已知，此時(shí)利用已知的基線長度約束選取對應(yīng)的模糊度整數(shù)解：l-δl≤||b^(a‾k)||≤l+δl]]>式中l(wèi)為已知的基線長度，δl為誤差范圍，為固定解的基線長度；步驟七：固定模糊度更新航向信息計(jì)算更新后的航向信息：γ=atan(n‾/e‾)]]>式中為模糊度固定的東向和北向基線分量，γ為方位角；步驟八：切換射頻開關(guān)切換射頻，連接另一個(gè)基站天線上安裝的兩個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航天線，并采用相同的解算方法，獲得該基站天線的方位角信息，循環(huán)上述步驟。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供的一種低成本基站天線方位角監(jiān)測方法，該方法基于控制射頻開關(guān)，同時(shí)支持多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航天線，從而有效降低硬件成本，同時(shí)采用序貫最小二乘方法，結(jié)合約束LAMBDA方法，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的高精度基站天線方位角監(jiān)測。附圖說明為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：圖1為本發(fā)明所述方法系統(tǒng)框架；圖2為雙天線GNSS測向解算流程圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。圖1為本發(fā)明所述方法系統(tǒng)框架，圖2為雙天線GNSS測向解算流程圖，如圖所示，本發(fā)明提供的方法具體包括以下步驟：步驟一：兩個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊連接兩個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航天線CPU控制射頻切換開關(guān)，使得兩個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊首次連接任一基站天線上安裝的兩個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航天線，兩個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊開始實(shí)時(shí)接收導(dǎo)航衛(wèi)星的單頻觀測數(shù)據(jù)。步驟二：形成雙差觀測方程GNSS單頻頻率原始的偽距與載波相位觀測值為：Δ▿LABjk=Δ▿ρABjk-Δ▿IABjk+Δ▿τABjk+λgΔ▿NABjk+ϵΔ▿LABjkΔ▿PABjk=Δ▿ρABjk+Δ▿IABjk+Δ▿τABjk+ϵΔ▿PABjk---(1)]]>式中,為原始的偽距觀測值,表示以米為單位的原始的載波相位觀測值,為接收機(jī)到衛(wèi)星的距離(包含誤差源，如相對論、地球固體潮、衛(wèi)星相位中心)，λg為載波波長,第一頻段載波的電離層延遲,為對流層延遲，為載波的模糊度值,表示偽距的觀測噪聲,表示載波相位的觀測噪聲。由于兩個(gè)天線距離很近，約20cm，此時(shí)大氣誤差影響可以忽略，則原方程可以表示為：Δ▿LABjk=Δ▿ρABjk+λgΔ▿NABjk+ϵΔ▿LABjkΔ▿PABjk=Δ▿ρABjk+ϵΔ▿PABjk---(2)]]>步驟三：周跳探測采用載波相位觀測值進(jìn)行解算時(shí)，由于天線周圍環(huán)境影響，載波相位觀測值不可避免的存在周跳現(xiàn)象，為了獲得可靠的解算結(jié)果，需要實(shí)時(shí)的探測周跳；由于兩個(gè)天線都處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此本方法中的周跳探測方法采用時(shí)間差分法，如下式所示：Δ▿cABjk=Δ▿NABjk(t1)-Δ▿NABjk(t2)≈Δ▿LABjk(t1)-Δ▿LABjk(t2)---(3)]]>由于觀測時(shí)間間隔較短，衛(wèi)星變化不大，此方法可以有效探測到1周周跳：|Δ▿cABjk|≥δ]]>δ為域值，一般可以設(shè)置為0.8，如果超過該域值，則認(rèn)為有周跳發(fā)生，即重新初始化該模糊度參數(shù)。步驟四：線性化觀測方程公式(2)為非線性觀測方程，為了解算相對基線分量，需要進(jìn)行線性化處理，采用泰勒展開線性化(2)式可得：Δ▿L~ABjk=axjkΔxB+ayjkΔyB+azjkΔzB+λgΔ▿NABjk+ϵΔ▿LABjkΔ▿P~ABjk=axjkΔxB+ayjkΔyB+azjkΔzB+ϵΔ▿PABjk---(4)]]>式中：axjk=-xk-xB0ρB0k+xj-xB0ρB0j]]>ayjk=-yk-yB0ρB0k+yj-yB0ρB0j]]>azjk=-zk-zB0ρB0k+zj-zB0ρB0j]]>Δ▿L~ABjk=Δ▿LABjk-ρB0k+ρB0j+ρAk-ρAj]]>Δ▿P~ABjk=Δ▿PABjk-ρB0k+ρB0j+ρAk-ρAj]]>式中為方向余玄，ΔxB，ΔyB，ΔzB為代估參數(shù)，為衛(wèi)星k，j到B天線近似距離，為衛(wèi)星k，j到A天線距離，A天線坐標(biāo)可由單點(diǎn)定位獲得。步驟五：序貫最小二乘估計(jì)估計(jì)的參數(shù)主要包含三個(gè)位置參數(shù)、雙差載波相位的模糊度：x=[ΔxBΔyBΔzBΔ▿NABj1...Δ▿NABjm]---(5)]]>觀測值的系數(shù)矩陣為：A=G0GλEm-1]]>G=axj1ayj1azj1.........axjmayjmayjm]]>采用序貫最小二乘即可以估計(jì)對應(yīng)的待估參數(shù)，其過程為：式中yk為偽距與載波相位觀測值，Ak為觀測值的系數(shù)矩陣，為k-1歷元的狀態(tài)向量，為預(yù)測的狀態(tài)向量，為當(dāng)前k歷元的狀態(tài)向量，Kk為增益矩陣。步驟六：基線約束模糊度解算采用序貫最小二乘技術(shù)，計(jì)算模糊度浮點(diǎn)解及其方差協(xié)方差陣此時(shí)采用約束LAMBDA方法解算模糊度，獲得模糊度的固定解。a‾(1,2,...,n)=argminz∈Z(z-a^)Qb^b^-1(z-a^)T]]>式中z為整數(shù)模糊度候選矢量，為最優(yōu)n組模糊度解算結(jié)果。對于每組模糊度值，更新基線向量：b^(a‾i)=b^+Qb^a^Qa^a^-1×(a‾i-a^),i∈[1,n]---(7)]]>式中為基線向量與模糊度的協(xié)方差，為浮點(diǎn)解基線向量，為固定解基線向量。由于基線長度已知，此時(shí)利用已知的基線長度約束選取對應(yīng)的模糊度整數(shù)解。l-δl≤||b^(a‾k)||≤l+δl---(8)]]>式中l(wèi)為已知的基線長度，δl為誤差范圍，為固定解的基線長度。步驟七：固定模糊度更新航向信息計(jì)算更新后的航向信息：γ=atan(n‾/e‾)---(9)]]>式中為模糊度固定的東向和北向基線分量，γ為方位角。步驟八：切換射頻開關(guān)此時(shí)切換射頻，連接另一個(gè)基站天線上安裝的兩個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航天線，并采用相同的解算方法，獲得該基站天線的方向信息，循環(huán)上述步驟。最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3