一種通信基站天線位移監測方法
【專利摘要】本發明涉及一種通信基站天線位移監測方法，屬于衛星定位與導航技術領域。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，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，獲得多套GNSS天線的相對位置信息，從而很大程度上降低設備成本。本發明所提供的方法能夠實時提供基站天線的位置信息，降低基站天線維護成本，具有廣泛的應用價值。
【專利說明】
-種通信基站天線位移監測方法
技術領域
[0001] 本發明屬于衛星定位與導航技術領域，設及一種通信基站天線位移監測方法。
【背景技術】
[0002] 隨著移動通信網絡的迅猛發展，目前=大運營商僅存量天線數就超過350萬，隨著 時間的推移，基站天線的功能參數、位置都會發生變化，會導致基站天線實際覆蓋區域偏離 規劃的范圍，將直接影響通信質量，尤其是沿海臺風多發地帶，其基站天線變化更為頻繁。 因此天線位置的實時監測尤其重要，但是，由于對其工作狀況缺乏有效的監控手段，基站天 線系統的工作參數管理一直是維護的難點。隨著4G網絡規模的不斷擴大，依靠傳統的巡檢 手段進行天線管理，不僅消耗了大量的人力物力，維護成本高，而且現場采集的數據實時性 和準確性較差。
[0003] GNSS精密定位技術是全球衛星導航系統提供精密位置服務的關鍵技術之一，目前 已廣泛應用于測繪、地質災害監測、駕考、精準農業、無人機等領域。它利用GNSS載波相位相 對定位技術，利用兩個接收機采集的載波相位和偽距數據作為主要觀測值來進行差分解 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 業效率，降低作業成本。但是基于目前的GNSS相對定位產品一般基于采用雙頻方案，其硬件 成本相對較高，從而限制了其應用范圍W及產業化推廣。因此專利提出一種一機多天線實 時監測基站天線位移方法，可對基站天線進行實時、在線監測，進一步提高了網優水平，降 低了維護成本。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本發明的目的在于提供一種通信基站天線位移監測方法，該方法基于 低成本單頻衛星導航模塊，支持多個基站天線上安裝的衛星導航天線，獲得每個基站天線 的位移信息。
[0005] 為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0006] -種通信基站天線位移監測方法，該方法基于低成本GNSS(全球導航衛星系統， 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，獲得多套GNSS天線的相 對位置信息，降低設備成本。
[0007] 進一步，該方法包括W下步驟：
[000引步驟一:衛星導航模塊連接衛星導航天線
[0009] CPU控制射頻切換開關，使得衛星導航模塊首次連接任一基站天線上安裝的衛星 導航天線，衛星導航模塊開始實時接收導航衛星的單頻觀測數據。
[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米為單位的原始的載波相位觀測 值，鱗遽為接收機到衛星的距離飽含誤差源，如相對論、地球固體潮、衛星相位中必）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行解算時，由于天線周圍環境影響，載波相位觀測值不可 避免的存在周跳現象，為了獲得可靠的解算結果，需要實時的探測周跳。
[0018] 由于兩個天線都處于靜止狀態，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設置為0.8,如果超過該域值，則認為有周跳發生，即重新初始 化該模糊度參數。
[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創式中據，聲，嫁為方向余玄，Axb, AyB, Azb為代估參數，4, 4為衛星k，巧化 天線近似距離，茲，.?為衛星k，j到A天線距離，A天線坐標可由單點定位獲得。
[0033] 步驟五:序貫最小二乘估計
[0034] 估計的參數主要包含=個位置參數、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估計對應的待估參數，其過程為：
[0040]
做
[OOW 式中yk為偽距與載波相位觀測值，Ak為觀測值的系數矩陣，％-鐵:嗦為k-1歷元的狀 態向量，、S為預測的狀態向量，為當前k歷元的狀態向量，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，計算模糊度浮點解及其方差協方差陣^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為整數模糊度候選矢量，a為最優模糊度解算結果。
[0046] 步驟屯:固定模糊度更新航向信息
[0047] 采用經典的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
[0051] 此時切換射頻，連接另一個基站天線上安裝的衛星導航天線，并采用相同的解算 方法，獲得該基站天線的位移信息，循環上述步驟。
[0052] 本發明的有益效果在于:本發明提供的一種低成本基站天線位移監測方法，該方 法基于控制射頻開關，同時支持多個衛星導航天線，從而有效降低硬件成本，同時采用序貫 最小二乘方法，結合LAMBDA方法，實現穩健的高精度基站天線位移監測。
【附圖說明】
[0053] 為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行 說明：
[0054] 圖1為一機多天線GNSS監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] 下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0057] 圖1為一機多天線GNSS監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，本發明提供的一種通信基站天線位移監測方法，包括W下步驟：
[005引步驟一:衛星導航模塊連接衛星導航天線
[0059] CPU控制射頻切換開關，使得衛星導航模塊首次連接任一基站天線上安裝的衛星 導航天線，衛星導航模塊開始實時接收導航衛星的單頻觀測數據。
[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：
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(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，縱為接收機到衛星的距離飽含誤差源，如相對論、地球固體潮、衛星相位中屯、），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：
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(2)
[0066] 步驟S:周跳探測
[0067] 采用載波相位觀測值進行解算時，由于天線周圍環境影響，載波相位觀測值不可 避免的存在周跳現象，為了獲得可靠的解算結果，需要實時的探測周跳。
[0068] 由于兩個天線都處于靜止狀態，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設置為0.8,如果超過該域值，則認為有周跳發生，即重新初始 化該模糊度參數。
[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，需要進行線性化處理，采用 泰勒展開線性化(2)式可得：
[0075] (4)
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[0082] 式中篆:，嫁，參為方向余玄，Axb，Aye，Azb為代估參數，禱，為衛星ko?到B 天線近似距離，讀，rf為衛星k，j到A天線距離，A天線坐標可由單點定位獲得。
[0083] 步驟五:序貫最小二乘估計
[0084] 估計的參數主要包含=個位置參數、雙差載波相位的模糊度：
[0085]
(5)
[0086] 觀測值的系數矩陣為：
[0087]
[008引
[0089] 采用序貫最小二乘即可W估計對應的待估參數，其過程為：
[0090]
(6)
[0091] 式中yk為偽距與載波相位觀測值，Ak為觀測值的系數矩陣，％攀為k-1歷元的狀 態向量，％為預測的狀態向量，為當前k歷元的狀態向量，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，計算模糊度浮點解及其方差協方差陣歡錢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為整數模糊度候選矢量，a為最優模糊度解算結果。
[0096] 步驟屯:固定模糊度更新航向信息
[0097] 采用經典的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
[0101] 此時切換射頻，連接另一個基站天線上安裝的衛星導航天線，并采用相同的解算 方法，獲得該基站天線的位移信息，循環上述步驟。
[0102] 最后說明的是，W上優選實施例僅用W說明本發明的技術方案而非限制，盡管通 過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可W在 形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。
【主權項】
1. 一種通信基站天線位移監測方法，其特征在于:該方法基于低成本GNSS(全球導航衛 星系統，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，獲得多套GNSS天 線的相對位置信息，降低設備成本。2. 根據權利要求1所述的一種通信基站天線位移監測方法，其特征在于:該方法具體包 括以下步驟： Sl:衛星導航模塊連接一個衛星導航天線 CPU控制射頻切換開關，使得衛星導航模塊首次連接任一基站天線上安裝的衛星導航 天線，衛星導航模塊開始實時接收導航衛星的單頻觀測數據； 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 接收機到衛星的雙差距離，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行解算時，由于天線周圍環境影響，載波相位觀測值不可避免 的存在周跳現象，為了獲得可靠的解算結果，需要實時的探測周跳； 由于兩個天線都處于靜止狀態，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，衛星變化不大，此方法可以有效探測到1周周跳：S為域值，設置為0.8，如果超過該域值，則認為有周跳發生，即重新初始化該模糊度參 數； 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； S5:序貫最小二乘估計 采用序貫最小二乘估彳+對應的锫估僉救_ it忖耜為.式中yk為偽距與載波相位觀測值，Ak為觀測值的系數矩陣，為k_l歷元的狀態向 量，為預測的狀態向量，為當前k歷元的狀態向量，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為整數模糊度候選矢量，a為最優模糊度解算結果； S7:固定模糊度更新航向信息 采用經典的Ratio檢驗方法，如果檢驗通過，更新基線向量：式中費_為基線向量與模糊度的協方差，i為浮點解基線向量為固定解基線向量； S8:切換射頻開關 此時切換射頻，連接另一個基站天線上安裝的衛星導航天線，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
【發明人】于興旺, 洪昌萍, 盧艷娥
【申請人】中國科學院重慶綠色智能技術研究院