基于指北針和坡度儀的點到點的對準方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于指北針和坡度儀的點對點對準方法。本發(fā)明對三維空間兩個物體A和B進行點到點對準，對準兩個物體需要的主要工具為坡度儀和指北針，其他輔助工具為定位儀（如GPS或者北斗等，本發(fā)明以GPS定位儀為例），高度計。直接利用現(xiàn)有兩點的GPS位置，來確定兩點的方位角，進而利用相對高度確定俯仰角，利用指北針確定方位角，利用坡度儀確定俯仰角。本發(fā)明利用坡度儀和指北針解決微波通信中天線對準問題，減少天線對準過程中遇到的距離太遠無法可視、反復爬塔校準天線、校準天線時設備需要帶電操作等問題，節(jié)約工程施工時間和成本，降低了施工危險程度。
【專利說明】基于指北針和坡度儀的點到點的對準方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種三維空間兩物體的點到點對準方法，特別是指利用指北針和坡度 儀（水平儀）進行對準的方法。

【背景技術】
[0002] 目前微波通信設備安裝過程中，對準天線耗時較長，并且難度較大，對于非可視距 離和具有高度差的天線對準時難度更大。傳統(tǒng)微波天線對準的方法主要集中在測量微波天 線的接收信號場強，此方法并不能完全對準天線，只能無限接近對齊狀態(tài)。采用傳統(tǒng)方法需 要量取0DU的上行接收電平RSSI，且必須在微波天線信號開啟時使用，微波信號輻射影響 施工人員的身體健康，使用此種方法耗時較長，且需要至少三次爬塔進行調(diào)整天線，成本較 商。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術問題：1.解決工程施工中遇到天線對準難，無法準確對準的 問題；2.解決工程施工中帶電安裝調(diào)整設備；3.消除了施工人員暴露在強微波輻射環(huán)境下 工作的問題。
[0004] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種低成本的基于指北針和坡度儀的點到點對 準方法，利用已有的空間物體的GPS定位參數(shù)和相對高度，計算出方位角和附仰角，或者利 用其它途徑首先確定兩物體之間的方位角和附仰角。利用指北針和坡度儀進行對準的方法 無需微波設備帶電工作，即可以完成微波天線的校準，僅需要在安裝天線時調(diào)整完畢即可， 與對端天線是否安裝無關。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明的具體技術方案如下：
[0006] -種基于指北針和坡度儀的點到點的對準方法，對準或檢修三維空間中的點到點 的兩個物體的位置僅需要指北針和坡度儀；采用指北針調(diào)整并對準物體的方位角；采用坡 度儀或水平儀調(diào)整并對準物體的俯仰角。
[0007] 具體包括以下內(nèi)容，
[0008] 1)獲得初始數(shù)據(jù)；
[0009] 對于自由空間的兩個物體A和B，使用GPS或者北斗工具，分別獲得兩個物體的經(jīng) 緯度參數(shù)，使用高度計分別獲得兩個物體的高度差，從而獲得兩個物體的方位角α和俯仰 角β，根據(jù)兩個物體所處位置，查詢官方數(shù)據(jù)獲取該地區(qū)的磁偏角，得出磁北角Υ，Υ = α +磁偏角；
[0010] 2)選擇水平面作為參考面；
[0011]自由空間的兩個物體，物體本身具有方向性，根據(jù)實際需求確定物體的方向線，利 用坡度儀分別將物體Α、Β的方向線調(diào)整到水平面上，從而分別確定水平面ΖΑ、ΖΒ ;
[0012] 對于物體Α，在水平面ΖΑ內(nèi)，利用指北針將物體Α的方向線調(diào)整至磁北角γ，從而 確定一個唯一與水平面垂直的方位角平面AB ;
[0013] 對于物體B，在水平面ZB內(nèi)利用指北針調(diào)整物體B的方向線至磁北角180+γ，物 體Β也進入方位角平面ΑΒ面內(nèi)；
[0014] 3)在方位角平面內(nèi)調(diào)整俯仰角；
[0015] 在平面ΑΒ內(nèi)，使用坡度儀調(diào)整物體Α或Β的方向線角度；若物體Α的水平高度大 于物體B的水平高度，則使用坡度儀調(diào)整物體A的方向線向下β度或者使用坡度儀調(diào)整物 體Β的方向線向上β度。
[0016] 使用時，將坡度儀和指北針固定到需要對準物體的相對方向位置，該位置的選取 比較靈活，只要是與物體需要對準的方向面有關系即可。
[0017] 本發(fā)明具有下列優(yōu)點和積極效果：
[0018] 1)直接利用現(xiàn)有非常成熟儀表：指北針和坡度儀，這兩種測試儀表在工程中大量 使用，操作便捷；
[0019] 2)第一次安裝時即可確定需要對準的兩物體的方位角和俯仰角，無需重復操作； 同時檢修時也很方便，僅需使用指北針和坡度儀即可完成檢修；
[0020] 3)安裝對準物體時無需帶電操作，極大的降低了危險程度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是空間中的兩個物體位置關系圖；
[0022] 其中，Α為需要對準的物體1，Β為需要對準的物體2。
[0023] 圖2為物體A和B在地球表面的位置空間圖；
[0024] 其中，坐標系為三維坐標系，XY平面相當于赤道平面，Z軸為正北的方向，即是真 北的方向。
[0025] 圖3為實例微波天線方向線的確定圖；
[0026] 方向線就是物體需要對準方向的中心線，如圖中天線方向線的確定，可以選擇天 線輸出口的垂直方向，起點為輸出口的中心點。
[0027] 在圖中①是0DU設備，用于向天線提供微波信號；②是微波天線，用于微波信號的 發(fā)射，是本工程中需要對準的物體（點）；③是天線支架，用于固定0DU和微波天線，是一 種固定裝置，以便0DU和微波天線安裝到各種柱子、鐵塔或者墻體表面；④是天線的主瓣方 向，也是整個物體的方向線。
[0028] 圖4為物體水平面ZA、ZB的確定圖；
[0029] ZA為物體A方向線所在的水平面，ZB為物體B方向線所在的水平面，兩個平面是 平行的（當物體A和物體B同在一個水平面時，ZA和ZB是重合的）。
[0030] 圖5是方位角平面AB的確定圖；是本發(fā)明中ZA、ZB、AB三個面的整體圖；
[0031] AB平面是物體A和物體B調(diào)整完方位角后確定的平面，AB平面與水平面ZA和ZB 是垂直的。
[0032] 圖6是平面ZA與平面AB的關系圖，是對圖5圖形的局部詮釋；
[0033] 圖7是平面ZB與平面AB的關系圖，是對圖5圖形的局部詮釋；
[0034] 圖8是平面ZA、平面ZB和平面AB三者關系圖的放大，是對圖5局部的詮釋；
[0035] 圖9為本發(fā)明的流程圖。

【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：
[0037] 本發(fā)明的原理（流程），如圖9所示：
[0038] 1)選擇水平面作為參考面
[0039] 對于自由空間的兩個物體A和B，如圖1所示；物體本身具有方向性，物體方向線 的確定如圖3所示；在自由空間中建立三維坐標系，表達如圖2所示；分別將兩物體的方向 線調(diào)整到各自所在的水平面上，從而確定兩個具有高度差的水平面ZA和ZB，具體圖示參考 圖4。當兩個物體的方向線同時處于水平面時，兩個水平面ZA和ZB的高度差為零。通過 GPS或其它相關工具測量出兩個物體的經(jīng)緯度，根據(jù)經(jīng)緯度確定兩物體的方位角α和高度 角β。
[0040] 2)水平面內(nèi)調(diào)整方位角
[0041] 在確定的水平面ΖΑ和ΖΒ中，根據(jù)各個物體所處的位置資料，可查得磁偏角，從而 可以得出磁北角= α +磁偏角），γ即為指北針的方向角。如果以物體Α為例，γ 角即為物體A在ZA平面內(nèi)方向線需要調(diào)整的角度；物體B磁北角為180+γ，即為物體B在 ZB平面的方向線需要調(diào)整的角度，根據(jù)上述角度，分別調(diào)整兩物體A和B后，物體A和B將 處于唯一的一個方位角平面AB面內(nèi)，該平面與水平面是垂直的，具體可以參見圖5。
[0042] 3)方位角平面內(nèi)調(diào)整高度角
[0043] 在AB面內(nèi)，使用坡度儀調(diào)整物體A和B的方向線角度，若物體A的水平高度大于 物體B，則物體A的方向線需要向下β，物體B的方向線需要向上β。
[0044] 實施例：
[0045] 總體說明：
[0046] 本發(fā)明包括空間兩物體Α和Β，使用儀表：指北針和坡度儀，還包括通過GPS測量 后處理的相關數(shù)據(jù)如方位角和俯仰角。
[0047] 其工作過程是：
[0048] 通過空間固定點的水平面是唯一的，在此水平面內(nèi)通過固定點的方向線有無數(shù) 條，但是具有磁北角Y (或者180+Y)的方向線有且僅有一條，此時方向線與AB物體之間 的連線形成空間中唯一的一個平面：平面AB，該平面與水平面垂直；在相關的水平面中使 用指北針，均可將物體A或B的方向線調(diào)整到平面AB中。在平面AB中使用坡度儀上下調(diào) 整物體A或B的方向線，即可完成物體A或B的對準。
[0049] 在實際使用或工程安裝中，首先確定物體A(假設：物體A位置較高）的方向線，使 用坡度儀調(diào)整物體A的方向線，使其處于水平面內(nèi)，隨后使用指北針將物體A的方向線調(diào)整 為磁北角Y度，然后使用坡度儀將物體A的方向線垂直向下傾斜β度，此時完成物體A的 方向校準。在物體B處，同樣首先確定物體B的方向線，然后使用坡度儀確定物體B方向線 所在的水平面，在該平面內(nèi)使用指北針調(diào)整物體B的方向線，使其磁北角為180+γ度，然后 使用坡度儀調(diào)整物體B的方向線垂直向上β度。
[0050] 平面 ΖΑ :
[0051] 如圖6所示，平面ΖΑ是在確定物體Α的方向線后，使用坡度儀（或者水平儀）確 定的水平面。在圖中方向①為物體A在水平面的初始方向，方向②為使用指北針調(diào)整γ度 后的方向，方向③為使用坡度儀向下調(diào)整β度后的方向。
[0052] 平面 ZB :
[0053] 如圖7所示，平面ZB是在確定物體B的方向線后，使用坡度儀（或水平儀）確定 的水平面。在圖中方向④為物體B的初始方向，方向⑤為物體B使用指北針調(diào)整180+γ度 后的方向，方向⑥為物體使用坡度儀向上調(diào)整β度后的方向。
[0054] 平面 ΑΒ :
[0055] 如圖8所示，平面ΑΒ是物體Α和Β通過調(diào)整磁北角后所確定的平面，該平面與水 平面垂直，方向②、③、⑤和⑥均在該平面內(nèi)。
【權利要求】
1. 一種基于指北針和坡度儀的點到點的對準方法，其特征在于： 對準或檢修三維空間中的點到點的兩個物體的位置僅需要指北針和坡度儀； 采用指北針調(diào)整并對準物體的方位角；采用坡度儀或水平儀調(diào)整并對準物體的俯仰 角。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于指北針和坡度儀的點對點的對準方法，其特征在于：包 括以下內(nèi)容， 1) 獲得初始數(shù)據(jù)； 對于自由空間的兩個物體A和B，使用GPS或者北斗工具，分別獲得兩個物體的經(jīng)緯 度參數(shù)，使用高度計分別獲得兩個物體的高度差，從而獲得兩個物體的方位角α和俯仰角 β，根據(jù)兩個物體所處位置，查詢官方數(shù)據(jù)獲取該地區(qū)的磁偏角，得出磁北角Υ，Υ = α + 磁偏角； 2) 選擇水平面作為參考面； 自由空間的兩個物體，物體本身具有方向性，根據(jù)實際需求確定物體的方向線，利用坡 度儀分別將物體A、Β的方向線調(diào)整到水平面上，從而分別確定水平面ΖΑ、ΖΒ ; 對于物體Α，在水平面ΖΑ內(nèi)，利用指北針將物體Α的方向線調(diào)整至磁北角γ，從而確定 一個唯一與水平面垂直的方位角平面AB ; 對于物體B，在水平面ZB內(nèi)利用指北針調(diào)整物體B的方向線至磁北角180+γ，物體B 也進入方位角平面AB面內(nèi)； 3) 在方位角平面內(nèi)調(diào)整俯仰角； 在平面AB內(nèi)，使用坡度儀調(diào)整物體A或B的方向線角度；若物體A的水平高度大于物 體B的水平高度，則使用坡度儀調(diào)整物體A的方向線向下β度或者使用坡度儀調(diào)整物體B 的方向線向上β度。
【文檔編號】H01Q3/08GK104103902SQ201410353101
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權日:2014年7月23日
【發(fā)明者】劉三偉, 李棟, 劉永飄, 白天, 李晟 申請人:武漢虹信通信技術有限責任公司