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天线测姿 传感器以及天线测姿方法

阅读：1004发布：2021-06-04

专利汇可以提供天线测姿传感器以及天线测姿方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种天线测姿传感器以及基于该天线测姿传感器的天线测姿方法，其中天线测姿传感器包括壳体以及设置在壳体内的日位传感器、三轴重力加速传感器、GPS模块、中央处理器、电源模块以及存储输出模块。天线测姿方法包括以下步骤：a.安装天线测姿传感器；b.采集天线的地理位置、挂高、采集的标准时间，天线的俯仰角 γ和横滚角θ以及相对入射角方位角φ；c.计算垂直入射角α和水平入射角β；d.计算天线的方位角δ；e.存储输出。本发明利用免费的不受干扰的太阳信息实现天线各个工参的测量，避免了由于受电磁干扰造成的定向不准确，保证了天线工参测量数据的准确性，为通信基站天线的建设、维护与优化提供了可靠基础。，下面是天线测姿传感器以及天线测姿方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.天线测姿传感器，其特征在于：包括壳体以及设置在壳体内的日位传感器、三轴重力加速传感器、GPS模块、中央处理器、电源模块以及存储输出模块；所述中央处理器的输入端分别与日位传感器、三轴重力加速传感器和GPS模块的输出端连接，中央处理器的输出端连接存储输出模块；所述电源模块分别与日位传感器、三轴重力加速传感器、GPS模块、中央处理器和存储输出模块连接。
2.根据权利要求1所述的天线测姿传感器，其特征在于：所述日位传感器的三轴坐标系与三轴重力加速传感器的三轴坐标系为平移关系。
3.根据权利要求1或2所述的天线测姿传感器，其特征在于：所述日位传感器包括晷面、晷针和晷针影角度传感器。
4.一种天线测姿方法，其特征在于：该方法基于天线测姿传感器，所述天线测姿传感器包括壳体以及设置在壳体内的日位传感器、三轴重力加速传感器、GPS模块、中央处理器、电源模块以及存储输出模块；所述中央处理器的输入端分别与日位传感器、三轴重力加速传感器和GPS模块的输出端连接，中央处理器的输出端连接存储输出模块；所述电源模块分别与日位传感器、三轴重力加速传感器、GPS模块、中央处理器和存储输出模块连接；所述日位传感器的三轴坐标系与三轴重力加速传感器的三轴坐标系为平移关系；具体包括以下步骤：
a.首先通过夹具将天线测姿传感器安装在被测天线上，使被测天线靠近天线测姿传感器并保持被测天线与天线测姿传感器之间相对稳定，并保证天线测姿传感器的三轴坐标系与天线的三轴坐标系相平行；
b.通过GPS模块采集天线所在的地理位置、挂高以及采集的标准时间；通过三轴重力加速传感器采集天线的俯仰角γ和横滚角θ；通过日位传感器采集太阳在天线基准面的相对入射角方位角φ；
c.根据天线测姿传感器中GPS模块测得天线所处的地理位置以及采集的标准时间，结合当时当地太阳轨道信息推导当时太阳相对当地地理基准面的垂直入射角α和水平入射角β；
d.根据步骤b和步骤c所得的数据，依据下式计算天线的方位角δ：
；
e.重复步骤b至步骤d，测量获得多组天线工参数据优化结果并存储输出。

说明书全文

天线测姿传感器以及天线测姿方法

技术领域

[0001] 本发明涉及通信技术领域，特别是一种用于对通信网络中的天线姿态进行检测的传感器以及天线姿态检测方法。

背景技术

[0002] 随着通信技术的快速发展，国内无线通信运营商的网络规模和用户数量都得到了较快增长。随着市场竞争的加剧，移动通信网络质量作为进一步发展用户、降低用户离网率的有力保障已成为决定运营商之间相互竞争的一个关键因素。移动通信网络质量的影响因素主要可以分为三类：网络规划的合理性、网络设备的性能质量以及现场施工的工程质量, 而在这三个因素中基站天线的工参数据是最基础的要素，而工参数据的测量是通信基站天线的建设、维护与优化等生产作业中最基础的工作，只有在一个完整可靠的天线工参数据的基础上进行网络规划以及优化等工作才能将通信网络质量做得高效而准确。

[0003] 天线的工参数据主要包括方位角、俯仰角、横滚角、挂高以及位置等等。方位角通常以正北方向为零度角，正南方向为180度角，并顺时针增加，天线的方位角由天线所在的位置决定，准确的方位角能够保证基站的实际覆盖与所预期的相同，进而保证网络的运行质量；天线的方位角可以根据话务量或网络存在的具体情进行适当调节以便更好的优化现有的通信网络。俯仰角包括俯角（即下倾角）和仰角（即上仰角），通常天线的俯仰角是指天线的下倾角。选择合适的俯仰角可以使天线至该天线覆盖边界的电磁波与其他天线覆盖的电磁波能量重叠减至最小，从而使相邻的区域间信号干扰减至最小。若俯仰角过小，会导致相邻区域间信号交叉覆盖，相邻切换关系混乱，系统内的信号干扰严重；如果俯仰角偏大，则会造成覆盖区域内产生信号盲区或弱区，同时导致天线方向图形状变形，导致严重的系统内干扰。横滚角是描述物体空间姿态的必要参数之一。天线的横滚角一般不出现在传统天线工参中，这是以前测试手段所限和对其重要性的忽视造成的。基站天线安装时基本都要尽量保证经过天线中心的纵切面垂直于地面，这时天线横滚角为零。而实际上由于安装水平限制，和后期外来力量作用，相当比例的天线横滚角相对零度有较大偏差。较大非零的横滚角会造成需要覆盖方向的电波范围大大偏离预期，造成相关规划优化不准确。例如当天线发生侧倾，即倾角和天线纵切面不在同一面上时，则必须要加上横滚角才能描述天线空间姿态，才能准确计算电波具体覆盖情况。天线测姿即是对天线的姿态工参数据进行准确测量，为网络的建设提供可靠基础。

[0004] 传统的天线测姿是工作人员采用多个工具进行人工测量。天线方位角的测量方式多是通过使用指北针人为地确定。由于地球的磁力线一致性较差，因此指北针容易受天然条件的制约，无法提供一致的指向测量。例如地球上某点的磁偏角可能为几度到20几度，地磁指数可能受磁暴的影响，地球矿物分布不均，等等因素都会磁北极的变化；地球上一般的地方只能保证几公里范围磁力线方向一致，但随着电器、建筑、汽车、钢铁的大量引入城市，小范围的磁场变化更难补偿；基站本身的天线要发送几十瓦电磁波，基站本身塔架由大量钢铁高密度焊在一起，近端磁场没有规律性的准确补偿办法，等等这些都是引发方位角无法精确测量的因素。天线俯仰角的测量方式则是工作人员通过检查天线安装架上的标注有低精度刻度标记的方法进行确定，由于工程人员的工作技巧以及测量方法的不同，会使测量结果产生较大的误差，无法达到精确设计的要求。

发明内容

[0005] 本发明需要解决的技术问题是提供一种不受电磁信息干扰，能够精确测量天线各种工参数据的传感器，并提供一种基于天线测姿传感器的天线测姿方法。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

[0007] 天线测姿传感器，包括壳体以及设置在壳体内的日位传感器、三轴重力加速传感器、GPS模块、中央处理器、电源模块以及存储输出模块；所述中央处理器的输入端分别与日位传感器、三轴重力加速传感器和GPS模块的输出端连接，中央处理器的输出端连接存储输出模块；所述电源模块分别与日位传感器、三轴重力加速传感器、GPS模块、中央处理器和存储输出模块连接。

[0008] 本发明的改进在于：所述日位传感器的三轴坐标系与三轴重力加速传感器的三轴坐标系为平移关系。

[0009] 所述日位传感器的具体结构为：所述日位传感器包括晷面，晷针和晷针影角度传感器。

[0010] 一种天线测姿方法，该方法基于天线测姿传感器，所述天线测姿传感器包括壳体以及设置在壳体内的日位传感器、三轴重力加速传感器、GPS模块、中央处理器、电源模块以及存储输出模块；所述中央处理器的输入端分别与日位传感器、三轴重力加速传感器和GPS模块的输出端连接，中央处理器的输出端连接存储输出模块；所述电源模块分别与日位传感器、三轴重力加速传感器、GPS模块、中央处理器和存储输出模块连接；所述日位传感器的三轴坐标系与三轴重力加速传感器的三轴坐标系为平移关系；具体包括以下步骤：

[0011] a.首先通过夹具将天线测姿传感器安装在被测天线上，使被测天线靠近天线测姿传感器并保持被测天线与天线测姿传感器之间相对稳定，并保证天线测姿传感器的三轴坐标系与天线的三轴坐标系相平行；

[0012] b.通过GPS模块采集天线所在的地理位置、挂高以及采集的标准时间；通过三轴重力加速传感器采集天线的俯仰角γ和横滚角θ；通过日位传感器采集太阳在天线基准面的相对入射角方位角φ；

[0013] c.根据天线测姿传感器中GPS模块测得天线所处的地理位置以及采集的标准时间，结合当时当地太阳轨道信息推导当时太阳相对当地地理基准面的垂直入射角α和水平入射角β；

[0014] d.根据步骤b和步骤c所得的数据，依据下式计算天线的方位角δ：；

[0015] e.重复步骤b至步骤d，测量获得多组天线工参数据优化结果并存储输出。

[0016] 由于采用本发明取得的技术进步如下。

[0017] 本发明利用免费的不受干扰的太阳信息实现天线各个工参的测量，避免了由于受电磁干扰造成的定向不准确，保证了天线工参测量数据的准确性，为通信基站天线的建设、维护与优化提供了可靠基础。本发明天线测姿传感器中的日位传感器、三轴重力加速传感器和GPS模块各自独立工作，并利用GPS模块的计时功能，结合太阳轨道信息，由中央处理进行信号的综合分析与计算，从而得出天线的各个工参。附图说明

[0018] 图1为本发明所述天线测姿传感器的安装示意图。

[0019] 图2为所述天线测姿传感器的结构框图。

[0020] 图3为本发明所述天线测姿方法的流程图。

[0021] 其中，1.被测天线，2.壳体，3.日位传感器，4.三轴重力加速传感器，5.GPS模块。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0023] 一种天线测姿传感器，主要包括壳体2以及设置在壳体内的日位传感器3、三轴重力加速传感器4、GPS模块5、中央处理器、电源模块以及存储输出模块；中央处理器的输入端分别与日位传感器、三轴重力加速传感器和GPS模块的输出端连接，中央处理器的输出端连接存储输出模块；所述电源模块分别与日位传感器、三轴重力加速传感器、GPS模块、中央处理器和存储输出模块连接。本发明中日位传感器的水平面与三轴重力加速传感器的水平面平行设置，三轴重力加速传感器的初始水平零度与日位传感器的零度指向一致，即日位传感器的三轴坐标系与三轴重力加速传感器的三轴坐标系为平移关系。

[0024] 其中日位传感器包括晷面、晷针和晷针影角度传感器，当一天中某时刻太阳在照在日晷上，晷针投影在晷面的角度可通过晷面上预置晷针影角度传感器判读。当然日位传感器还可以采用其他形式实现，例如通过相机拍照图像处理判读晷针投影在晷面的角度从而得出太阳相对晷面的入射方位角φ 。

[0025] 一种天线测姿方法，该方法基于上述天线测姿传感器，具体包括以下步骤：

[0026] a.首先通过夹具将天线测姿传感器安装在被测天线上，使被测天线与天线测姿传感器的尽量靠近，并保证天线测姿传感器的三轴坐标系与天线的三轴坐标系相平行，即被测天线与天线测姿传感器之间的夹角Δ为0。

[0027] b.中央处理器通过GPS模块采集天线所在的地理位置、挂高以及采集的标准时间；通过三轴重力加速传感器采集天线的俯仰角γ和横滚角θ；通过日位传感器采集太阳相对天线所处姿态的基准面的相对入射方位角φ。

[0028] c. 中央处理器根据日位传感器测得天线所处的地理位置以及采集的标准时间，结合当时当地太阳轨道信息推导出太阳相对当地地理基准垂直入射俯仰角α和水平入射方位角β。

[0029] d.中央处理器根据步骤b和步骤c所得的数据，依据下式计算天线的方位角δ：。

[0030] e.重复步骤b至步骤d，测量获得多组天线工参，中央处理器通过采集的具有一定时间间隔的多组数据，进行数值的优化计算。

[0031] 当然，本发明步骤a中，天线测姿传感器的三轴坐标系与天线的三轴坐标系可以不平行设置，即可以保持一个固定的偏置角度，但是必须在最后的结果中将此偏置角度减去才是天线的基本工参。

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