一种基站天线下倾角动态测量系统的制作方法
【专利摘要】一种基站天线下倾角动态测量系统，包括主要由陀螺仪和加速度传感器组成的动态倾角传感器、主控单元以及用户接口，所述陀螺仪与所述加速度传感器的输出端与所述主控单元的输入端相连接，所述主控单元对所述陀螺仪和加速度传感器测得的数据进行融合计算得出下倾角；所述主控单元与所述用户接口通过通讯模块相连接。本实用新型通过将陀螺仪与加速度传感器结合起来组成动态倾角传感器，并通过卡尔曼滤波将两者测得的数据融合计算得出高精度的下倾角，实现了在基站天线动态情况下实时测量出高精度的天线下倾角；还能够实时地将下倾角数据传输至终端，及时对基站天线进行调整。
【专利说明】一种基站天线下倾角动态测量系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种测量装置，具体涉及一种基站天线下倾角动态测量系统。
【背景技术】
[0002] 微波的频率极高，波长很短，其在空中的传播特性与光波相近，也就是直线前进， 遇到阻挡就被反射或被阻断，因此微波通信的主要方式是视距通信，超过视距以后要中继 转发。微波通信由于其频带宽、容量大、可以用于各种电信业务的传送，如电话、电报、数据、 传真以及彩色电视等均可通过微波电路传输。中国开发成功点对多点微波通信系统，其中 心站采用全向天线向四周发射，在周围50公里内，可以有多个点放置用户站，从用户站再 分出多路电话分别接至各用户使用。这种点对多点微波通信系统对于城市郊区、县城至农 村城镇或沿海岛屿的用户、对分散的居民点也十分合用，较为经济。无线基站中微波天线的 下倾角是一个重要的工程参数，这个参数对无线信号的覆盖范围有很大影响。中心站或用 户站离地比较高，即使将微波天线固定在铁塔上，微波天线也会有随风的摆动。这个摆动幅 度在±3°，频率在l-3Hz，虽然振幅和频率都不是很大，但会对基站覆盖范围引起很大的 影响。
[0003] 在目前的天线姿态监控系统中，通常只采用电子罗盘或倾角传感器来进行下倾角 的测量，这两种装置都只能在静态环境下测量微波天线的下倾角，当微波天线在动态环境 下时，这两种装置无法精确地对微波天线的下倾角进行测量。 实用新型内容
[0004] 针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种基站天线下倾角动态测量系统， 通过采用由陀螺仪和加速度传感器组成的动态倾角传感器来测量基站天线的角速度和重 力加速度，并通过卡尔曼滤波进行融合计算，从而得出高精度的基站天线的下倾角。
[0005] 为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0006] 一种基站天线下倾角动态测量系统，包括主控单元以及用户接口，还包括主要由 陀螺仪和加速度传感器组成的动态倾角传感器，所述陀螺仪与所述加速度传感器的输出端 与所述主控单元的输入端相连接，所述主控单元对所述陀螺仪和加速度传感器测得的数据 进行融合计算得出下倾角；所述主控单元与所述用户接口通过通讯模块相连接。
[0007] 需要说明的是，只通过积分陀螺仪输出的角速度获得的下倾角不仅只具有相对 性，而且陀螺仪往往具有随机漂移等误差，致使根据陀螺获得的姿态角在短时间内精度较 高，但在长期时间内精度较差。而仅仅通过重力加速度在加速度传感器各轴的分量获得的 下倾角由于加速传感器输出数值还包含基站天线运动的线性加速度，致使根据加速度传感 器获得的基站天线下倾角在静态情况下精度较高，但在动态环境下精度较差。所述基站天 线下倾角动态测量系统采用由陀螺仪和加速度传感器组成动态倾角传感器，其中所述陀螺 仪主要负责测量基站天线的角速度，所述加速度传感器则主要负责测量基站天线的重力加 速度，两者测得的数据经过主控单元进行处理和融合计算后，得出高精度的基站天线的下 倾角数据。
[0008] 作为一种优选方案，所述陀螺仪与所述主控单元直接连接；所述加速度传感器连 接信号调理电路的输入端，所述信号调理电路的输出端与AD转换电路的输入端连接；所述 AD转换电路的输出端与所述主控单元连接。
[0009] 需要说明的是，陀螺仪为SPI数字输出，输出信号可以直接由主控单元直接处理。 加速度传感器为模拟电压输出，输出信号经信号调理电路滤波降噪，然后经AD转换电路转 换为数字信号交予所述主控单元处理。
[0010] 作为一种优选方案，所述主控单元包括数据标定模块、误差补偿模块、卡尔曼滤波 模块、数据转换模块以及解析输出模块，上述模块依次连接。
[0011] 需要说明的是，为了获得高精度的下倾角数据，在进行数据融合运算之前，所述陀 螺仪和加速度传感器测得的角速度数据和重力加速度数据首先通过数据标定模块和误差 补偿模块以进行数据标定和误差补偿；然后在所述卡尔曼滤波模块以积分角速度获得的角 度作为状态量、以重力加速度分量解算出的角度作为观测量、以基站天线运动状态信息建 立增益调整因子，通过基于四元数的自适应卡尔曼滤波数据融合算法，获得高精度的下倾 角数据。另外，用户接口可以选择输出的数据表达方式，所述数据转换模块根据用户接口的 命令进行四元数、欧拉角和旋转矩阵之间进行转换，并通过所述解析输出模块解析输出至 所述用户接口。
[0012] 作为一种优选方案，所述通讯模块为无线通讯模块，所述主控单元和用户接口通 过所述无线通讯模块无线连接。这样，主控单元处理得出的下倾角数据能够采用无线的方 式实时传输至用户接口，监测者能够实时获得基站天线的下倾角数据，并在其偏离时及时 采取人工调整或电控调节的方式对基站天线进行调节。
[0013] 本实用新型的有益效果在于：通过将陀螺仪与加速度传感器结合起来组成动态倾 角传感器，并通过卡尔曼滤波将由两者测得的数据融合运算得出高精度的下倾角，实现了 在基站天线动态情况下实时测量出高精度的天线下倾角；还能够实时地将下倾角数据传输 至终端，及时对基站天线进行调整。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0015] 图2为图1中主控单元的结构示意图；
[0016] 图3为图1中信号调理电路、AD转换电路和加速度传感器的连接电路图。
【具体实施方式】
[0017] 以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技 术方案为前提，给出详细的实施步骤和操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实 施例。
[0018] 如图1所示，一种基站天线下倾角动态测量系统，包括主控单元以及用户接口，还 包括主要由陀螺仪和加速度传感器组成的动态倾角传感器，所述陀螺仪与所述加速度传感 器的输出端与所述主控单元的输入端相连接，所述主控单元对所述陀螺仪和加速度传感器 测得的数据进行融合计算得出下倾角；所述主控单元与所述用户接口通过无线通讯模块无 线连接。
[0019] 需要说明的是，只通过积分陀螺仪输出的角速度获得的下倾角不仅只具有相对 性，而且陀螺仪往往具有随机漂移等误差，致使根据陀螺获得的姿态角在短时间内精度较 高，但在长期时间内精度较差。而仅仅通过重力加速度在加速度传感器各轴的分量获得的 下倾角由于加速传感器输出数值还包含基站天线运动的线性加速度，致使根据加速度传感 器获得的基站天线下倾角在静态情况下精度较高，但在动态环境下精度较差。所述基站天 线下倾角动态测量系统采用由陀螺仪和加速度传感器组成动态倾角传感器，其中所述陀螺 仪主要负责测量基站天线的角速度，所述加速度传感器则主要负责测量基站天线的重力加 速度，两者测得的数据经过主控单元进行处理和融合计算后，得出高精度的基站天线的下 倾角数据。
[0020] 所述陀螺仪为SPI数字输出，输出信号可以直接由主控单元直接处理。加速度传 感器为模拟电压输出，输出信号经信号调理电路滤波降噪，然后经AD转换电路转换为数字 信号后交予所述主控单元处理。
[0021] 所述加速度传感器采用芯片SCA100T-D02 ;所述信号调理电路主要由一个简单的 RC低通滤波器构成，-3dB频率
【权利要求】
1. 一种基站天线下倾角动态测量系统，包括用户接口以及主控单元，其特征在于，还包 括主要由陀螺仪和加速度传感器组成的动态倾角传感器，所述陀螺仪与所述加速度传感器 的输出端与所述主控单元的输入端相连接，所述主控单元对所述陀螺仪和加速度传感器测 得的数据进行融合计算得出下倾角；所述主控单元与所述用户接口通过通讯模块相连接。
2. 根据权利要求1所述的一种基站天线下倾角动态测量系统，其特征在于，所述陀螺 仪与所述主控单元直接连接；所述加速度传感器连接信号调理电路的输入端，所述信号调 理电路的输出端与AD转换电路的输入端连接；所述AD转换电路的输出端与所述主控单元 连接。
3. 根据权利要求1所述的一种基站天线下倾角动态测量系统，其特征在于，所述主控 单元包括数据标定模块、误差补偿模块、卡尔曼滤波模块、数据转换模块以及解析输出模 块，上述模块依次连接。
4. 根据权利要求1所述的一种基站天线下倾角动态测量系统，其特征在于，所述通讯 模块为无线通讯模块，所述主控单元与所述用户接口通过无线通讯模块无线连接。
【文档编号】G01C9/00GK204101033SQ201420638644
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】张宗永, 王程谕, 黄吉瑞, 戴永刚, 徐晔 申请人:上海朗尚科贸有限公司