一種通信基站天線位移監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通信基站天線位移監(jiān)測方法，屬于衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。該方法基于低成本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，采用序貫最小二乘技術(shù)，實時解算模糊度的浮點解，并采用LAMBDA方法解算整周模糊度，獲得高精度的相對位置信息；同時采用射頻切換技術(shù)，獲得多套GNSS天線的相對位置信息，從而很大程度上降低設(shè)備成本。本發(fā)明所提供的方法能夠?qū)崟r提供基站天線的位置信息，降低基站天線維護(hù)成本，具有廣泛的應(yīng)用價值。
【專利說明】
-種通信基站天線位移監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種通信基站天線位移監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，目前=大運(yùn)營商僅存量天線數(shù)就超過350萬，隨著 時間的推移，基站天線的功能參數(shù)、位置都會發(fā)生變化，會導(dǎo)致基站天線實際覆蓋區(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。 因此天線位置的實時監(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。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)實時性 和準(zhǔn)確性較差。
[0003] GNSS精密定位技術(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)用于測繪、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、駕考、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、無人機(jī)等領(lǐng)域。它利用GNSS載波相位相 對定位技術(shù)，利用兩個接收機(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，并估計載波相位的整周模糊度，可W實時獲得高精度的相對位置信息，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相對定位產(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W及產(chǎn)業(yè)化推廣。因此專利提出一種一機(jī)多天線實 時監(jiān)測基站天線位移方法，可對基站天線進(jìn)行實時、在線監(jiān)測，進(jìn)一步提高了網(wǎng)優(yōu)水平，降 低了維護(hù)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種通信基站天線位移監(jiān)測方法，該方法基于 低成本單頻衛(wèi)星導(dǎo)航模塊，支持多個基站天線上安裝的衛(wèi)星導(dǎo)航天線，獲得每個基站天線 的位移信息。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0006] -種通信基站天線位移監(jiān)測方法，該方法基于低成本GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)， Global化Vigation Satellite System)模塊W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時解算模糊度的浮點解，并采用LAMBDA方法解算 整周模糊度，獲得高精度的相對位置信息；同時采用射頻切換技術(shù)，獲得多套GNSS天線的相 對位置信息，降低設(shè)備成本。
[0007] 進(jìn)一步，該方法包括W下步驟：
[000引步驟一:衛(wèi)星導(dǎo)航模塊連接衛(wèi)星導(dǎo)航天線
[0009] CPU控制射頻切換開關(guān)，使得衛(wèi)星導(dǎo)航模塊首次連接任一基站天線上安裝的衛(wèi)星 導(dǎo)航天線，衛(wèi)星導(dǎo)航模塊開始實時接收導(dǎo)航衛(wèi)星的單頻觀測數(shù)據(jù)。
[0010] 步驟二:形成雙差觀測方程
[0011] GNSS單頻頻率原始的偽距與載波相位觀測值為：
[0012]
(I)
[001引式中，縱魏為原始的偽距觀測值，鱗穗表示W(wǎng)米為單位的原始的載波相位觀測 值，鱗遽為接收機(jī)到衛(wèi)星的距離飽含誤差源，如相對論、地球固體潮、衛(wèi)星相位中必）A為 載波波長，鱗||第一頻段載波的電離層延遲，茲縣i為對流層延遲，縣為巧點載波的模糊 度值，皆*表示偽距的觀測噪聲，表示載波相位的觀測噪聲。
[0014] 由于兩個天線距離很近，約20cm，此時大氣誤差影響可W忽略，則原方程可W表示 為：
[0015]
塔）
[0016] 步驟S :周跳探測
[0017] 采用載波相位觀測值進(jìn)行解算時，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，需要實時的探測周跳。
[0018] 由于兩個天線都處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此本方法中的周跳探測方法采用時間差分法， 如下式所示：
[0019]
(3)
[0020] 由于觀測時間間隔較短，衛(wèi)星變化不大，此方法可W有效探測到1周周跳：
[0021]
[0022] 5為域值，一般可W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)。
[002引步驟四：線性化觀測方程
[0024]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：
[00 巧] (4)
[0026]
[0027]
[002引
[0029]
[0030]
[0031]
[00創(chuàng)式中據(jù)，聲，嫁為方向余玄，Axb, AyB, Azb為代估參數(shù)，4, 4為衛(wèi)星k，巧化 天線近似距離，茲，.?為衛(wèi)星k，j到A天線距離，A天線坐標(biāo)可由單點定位獲得。
[0033] 步驟五:序貫最小二乘估計
[0034] 估計的參數(shù)主要包含=個位置參數(shù)、雙差載波相位的模糊度：
[0035] 城
[0036]
[0037]
[00；3 引
[0039] 采用序貫最小二乘即可W估計對應(yīng)的待估參數(shù)，其過程為：
[0040]
做
[OOW 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，％-鐵:嗦為k-1歷元的狀 態(tài)向量，、S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。
[0042] 步驟六:基線約束模糊度解算
[0043] 采用序貫最小二乘技術(shù)，計算模糊度浮點解及其方差協(xié)方差陣^錢》，此時采用 約束LAMBDA方法解算模糊度，獲得模糊度的固定解。
[0044]
[0045] 式中Z為整數(shù)模糊度候選矢量，a為最優(yōu)模糊度解算結(jié)果。
[0046] 步驟屯:固定模糊度更新航向信息
[0047] 采用經(jīng)典的Ratio檢驗方法，如果檢驗通過，更新基線向量：
[0048]
(7)
[0049] 式中為基線向量與模糊度的協(xié)方差，:1:為浮點解基線向量，敎堿為固定解基線 向量。
[0050] 步驟屯:切換射頻開關(guān)
[0051] 此時切換射頻，連接另一個基站天線上安裝的衛(wèi)星導(dǎo)航天線，并采用相同的解算 方法，獲得該基站天線的位移信息，循環(huán)上述步驟。
[0052] 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位移監(jiān)測方法，該方 法基于控制射頻開關(guān)，同時支持多個衛(wèi)星導(dǎo)航天線，從而有效降低硬件成本，同時采用序貫 最小二乘方法，結(jié)合LAMBDA方法，實現(xiàn)穩(wěn)健的高精度基站天線位移監(jiān)測。
【附圖說明】
[0053] 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：
[0054] 圖1為一機(jī)多天線GNSS監(jiān)測基站天線位移示意圖；
[0055] 圖2為GNSS相對定位解算流程圖。
【具體實施方式】
[0056] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0057] 圖1為一機(jī)多天線GNSS監(jiān)測基站天線位移示意圖，圖2為GNSS相對定位解算流程 圖；如圖所示，本發(fā)明提供的一種通信基站天線位移監(jiān)測方法，包括W下步驟：
[005引步驟一:衛(wèi)星導(dǎo)航模塊連接衛(wèi)星導(dǎo)航天線
[0059] CPU控制射頻切換開關(guān)，使得衛(wèi)星導(dǎo)航模塊首次連接任一基站天線上安裝的衛(wèi)星 導(dǎo)航天線，衛(wèi)星導(dǎo)航模塊開始實時接收導(dǎo)航衛(wèi)星的單頻觀測數(shù)據(jù)。
[0060] 步驟二:形成雙差觀測方程
[0061 ] GNSS單頻頻率原始的偽距與載波相位觀測值為：
[006^
(1)
[0063] 式中，鑛^^為原始的偽距觀測值，鱗|||表示^米為單位的原始的載波相位觀測 值，縱為接收機(jī)到衛(wèi)星的距離飽含誤差源，如相對論、地球固體潮、衛(wèi)星相位中屯、），入g為 載波波長，&燃還第一頻段載波的電離層延遲，&槪g為對流層延遲，續(xù)t為&酒黨載波的模糊 度值，皆^靈表示偽距的觀測噪聲，表示載波相位的觀測噪聲。
[0064] 由于兩個天線距離很近，約20cm，此時大氣誤差影響可W忽略，則原方程可W表示 為：
[00化]
(2)
[0066] 步驟S:周跳探測
[0067] 采用載波相位觀測值進(jìn)行解算時，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，需要實時的探測周跳。
[0068] 由于兩個天線都處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此本方法中的周跳探測方法采用時間差分法， 如下式所示：
[0069]
(3)
[0070] 由于觀測時間間隔較短，衛(wèi)星變化不大，此方法可W有效探測到1周周跳：
[0071]
[0072] 5為域值，一般可W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)。
[007引步驟四：線性化觀測方程
[0074] 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：
[0075] (4)
[0076]
[0077]
[007引
[0079]
[0080]
[0081]
[0082] 式中篆:，嫁，參為方向余玄，Axb，Aye，Azb為代估參數(shù)，禱，為衛(wèi)星ko?到B 天線近似距離，讀，rf為衛(wèi)星k，j到A天線距離，A天線坐標(biāo)可由單點定位獲得。
[0083] 步驟五:序貫最小二乘估計
[0084] 估計的參數(shù)主要包含=個位置參數(shù)、雙差載波相位的模糊度：
[0085]
(5)
[0086] 觀測值的系數(shù)矩陣為：
[0087]
[008引
[0089] 采用序貫最小二乘即可W估計對應(yīng)的待估參數(shù)，其過程為：
[0090]
(6)
[0091] 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，％攀為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。
[0092] 步驟六:基線約束模糊度解算
[0093] 采用序貫最小二乘技術(shù)，計算模糊度浮點解及其方差協(xié)方差陣歡錢SS，此時采用 約束LAMBDA方法解算模糊度，獲得模糊度的固定解。
[0094]
[00M]式中Z為整數(shù)模糊度候選矢量，a為最優(yōu)模糊度解算結(jié)果。
[0096] 步驟屯:固定模糊度更新航向信息
[0097] 采用經(jīng)典的Ratio檢驗方法，如果檢驗通過，更新基線向量：
[009引
巧）
[0099] 式中殘総為基線向量與模糊度的協(xié)方差，r為浮點解基線向量，Ic錢為固定解基線 向量。
[0100] 步驟屯:切換射頻開關(guān)
[0101] 此時切換射頻，連接另一個基站天線上安裝的衛(wèi)星導(dǎo)航天線，并采用相同的解算 方法，獲得該基站天線的位移信息，循環(huán)上述步驟。
[0102] 最后說明的是，W上優(yōu)選實施例僅用W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W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。
【主權(quán)項】
1. 一種通信基站天線位移監(jiān)測方法，其特征在于:該方法基于低成本GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi) 星系統(tǒng)，Global Navigation Satellite System)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時解算模糊度的浮點解，并采用LAMBDA方 法解算整周模糊度，獲得高精度的相對位置信息；同時采用射頻切換技術(shù)，獲得多套GNSS天 線的相對位置信息，降低設(shè)備成本。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通信基站天線位移監(jiān)測方法，其特征在于:該方法具體包 括以下步驟： Sl:衛(wèi)星導(dǎo)航模塊連接一個衛(wèi)星導(dǎo)航天線 CPU控制射頻切換開關(guān)，使得衛(wèi)星導(dǎo)航模塊首次連接任一基站天線上安裝的衛(wèi)星導(dǎo)航 天線，衛(wèi)星導(dǎo)航模塊開始實時接收導(dǎo)航衛(wèi)星的單頻觀測數(shù)據(jù)； S2:形成雙差觀測方程 GNSS單頻頻率雙差偽距與載波相位觀測倌為：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，Ag為載波波長丨為1??載波的模糊度僧羨示偽距的 觀測噪』良示載波相位的觀測噪聲； S3:周跳探測 采用載波相位觀測值進(jìn)行解算時，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，需要實時的探測周跳； 由于兩個天線都處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此本方法中的周跳探測采用時間差分法，如下式所 示：式4b用t周跳採測的時「0」差分的載汲相位觀測值； 由于觀測時間間隔較短，衛(wèi)星變化不大，此方法可以有效探測到1周周跳：S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)； S4:線性化觀測方程 由于步驟S2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該式可得：式中：％方向余玄，A xb，A yB，Azb為代估參數(shù)； S5:序貫最小二乘估計 采用序貫最小二乘估彳+對應(yīng)的锫估僉救_ it忖耜為.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_l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； S6:模糊度解算 米用序貫最小二乘計算模糊度浮點解及其方差協(xié)方差陣t 此時米用約束LAMBDA 方法解算模糊度，獲得模糊度的固定解；式中z為整數(shù)模糊度候選矢量，a為最優(yōu)模糊度解算結(jié)果； S7:固定模糊度更新航向信息 采用經(jīng)典的Ratio檢驗方法，如果檢驗通過，更新基線向量：式中費(fèi)_為基線向量與模糊度的協(xié)方差，i為浮點解基線向量為固定解基線向量； S8:切換射頻開關(guān) 此時切換射頻，連接另一個基站天線上安裝的衛(wèi)星導(dǎo)航天線，并采用相同的解算方法， 獲得該基站天線的位置信息，循環(huán)上述步驟。
【文檔編號】G01S19/44GK106019344SQ201610569596
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月19日
【發(fā)明人】于興旺, 洪昌萍, 盧艷娥
【申請人】中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院