一种基于无人机雷达测距的天线下倾角测量方法和装置与流程

本发明涉及移动通信领域。

背景技术：

随着经济社会的不断发展，网络建设也得到了不断地推进；为了更好地进行无线网络的覆盖，往往需要对天线下倾角进行调整；天线下倾角也就是信号塔上的天线与垂直方向的夹角，天线下倾角的调整往往受到覆盖面积、地形、挂高、区域人口密度等因素影响；而目前阶段，如果需要得知当前天线下倾角，往往需要通信维护人员上塔进行测量；这种测量方法既耗时又浪费人力，而且还存在安全隐患，这样就不利于网络优化的快速有效展开。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于无人机雷达测距的天线下倾角测量方法和装置，使得无人机在飞行的过程中能够准确地测量出天线的下倾角，减轻了通信维护人员的负担，更加有利于网络优化工作的展开。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供了一种基于无人机雷达测距的天线下倾角测量方法，包括以下步骤：

雷达安装于无人机上；

雷达发射并接收电磁波，确定天线的位置和边框；

雷达从与天线下边角相同高度处出发，沿着天线边框的一侧向上移动并且发射和接收电磁波，每隔相同时间记录测试高度以及处于测试高度时从发射到接收电磁波的测试时间间隔，直至雷达与天线上边角处于同一高度；

雷达根据所述测试时间间隔通过距离测试算法得出测试距离；

雷达根据收集到的测试距离与测试高度拟合出天线下倾角。

进一步，所述步骤雷达根据收集到的测试距离与测试高度拟合出天线下倾角，具体包括以下步骤：

将测试距离和测试高度建立坐标系；

通过线性最小二乘法将测试距离和测试高度组成的坐标拟合成一条近似直线；

获取所述近似直线的斜率；

将斜率转化为相对应的角度，所述角度即为天线下倾角。

进一步，所述步骤雷达根据所述测试时间间隔通过距离测试算法得出测试距离，具体包括：所述距离测试算法表示为其中r为雷达到天线的测试距离，c为光速，t为测试时间间隔。

进一步，所述步骤雷达安装于无人机上，进一步，还包括：摄像头安装于无人机上与雷达安装位置相同的位置处。

第二方面，本发明还提供了一种基于无人机雷达测距的天线下倾角测量装置，包括无人机和安装于无人机上的雷达；

所述雷达包括发射单元、接收单元、信号处理单元和显示单元；

发射单元，用于发射电磁波；

接收单元，用于接收反射电磁波；

信号处理单元，用于对接收到的反射电磁波进行分析和处理；

显示单元，用于对信号处理单元发送过来的信息进行显示。

进一步，所述雷达还包括收发转换单元，所述收发转换单元用于对雷达的发射单元与接收单元之间进行控制切换。

本发明中的至少一个实施例具有如下有益效果是：将雷达安装在无人机上，然后控制无人机飞行到天线的附近区域，接着雷达进行电磁波的发射和接收，确定天线所处的位置、天线的形状和天线的边框；当雷达处于与天线的下边角同一高度的时候，将此时的高度记录为初始高度，雷达向天线下边角的位置处发射电磁波，根据接收到的电磁波的初始时间间隔来确定雷达与天线之间的初始距离；然后无人机从天线的下边角位置处出发，沿着天线的一条边框向上移动，雷达每隔一段时间就会记录当前的高度和处于当前高度时反射电磁波到接收电磁波的时间间隔，直至雷达检测到已经到达天线的上边角位置处；雷达将收集到的时间间隔转化为雷达到天线之间的距离，然后将收集到的雷达高度信息与转化后的雷达到天线的距离信息拟合出天线的下倾角；通过这样的方式，可以很好地减轻了通信维护人员的负担，不需要他们再像往常那样爬到通信塔上进行天线下倾角的测量，提高效率，并且这种方式测出来的天线下倾角更加精确，从而更加有利于网络优化工作的展开。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一提供的一种基于无人机雷达测距的天线下倾角测量方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例二提供的一种基于无人机雷达测距的天线下倾角测量装置的雷达结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。

随着经济社会的不断发展，网络建设也得到了不断地推进；为了更好地进行无线网络的覆盖，往往需要对天线下倾角进行调整；天线下倾角也就是信号塔上的天线与垂直方向的夹角，天线下倾角的调整往往受到覆盖面积、地形、挂高、区域人口密度等因素影响；而目前阶段，如果需要得知当前天线下倾角，往往需要通信维护人员上塔进行测量；这种测量方法既耗时又浪费人力，而且还存在安全隐患，这样就不利于网络优化的快速有效展开。

基于此，本发明提供了提供一种基于无人机雷达测距的天线下倾角测量方法和装置，使得无人机在飞行的过程中能够准确地测量出天线的下倾角，减轻了通信维护人员的负担，更加有利于网络优化工作的展开。

下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。

实施例一

参照图1，本发明实施例一提供了一种基于无人机雷达测距的天线下倾角测量方法，其中的一种实施例包括但不限于以下步骤：

步骤s1，雷达安装于无人机上。

在本实施例中，本步骤中将雷达安装于无人机上，从而雷达就可以跟随无人机进行移动；无人机能够方便快速地到达天线所处的区域，从而安装于无人机上的雷达就可以快速对天线进行检测，整个方式具有很好的操控性。

步骤s2，雷达发射并接收电磁波，确定天线的位置和边框。

在本实施例中，本步骤中无人机飞到天线附近的区域时，雷达对周围的物件进行检测，雷达能够发射电磁波，当电磁波碰到阻碍物的时候就会进行反射，因为不同的介质对电磁波反射的强度是不相同的，因此雷达能够根据这个特性确定天线距离雷达的距离和方位，并且能够得知天线所处的高度和天线的形状边框等信息，从而为天线下倾角的测量提供了基础。

步骤s3，雷达从与天线下边角相同高度处出发，沿着天线边框的一侧向上移动并且发射和接收电磁波，每隔相同时间记录测试高度以及处于测试高度时从发射到接收电磁波的测试时间间隔，直至雷达与天线上边角处于同一高度。

在本实施例中，本步骤具体包括雷达处于与天线下边角同一高度处，记录为初始高度；雷达向天线下边角发射电磁波并接收反射回来的电磁波，记录从发射到接收电磁波的初始时间间隔并且根据所述初始时间间隔得出初始距离；雷达沿着天线边框的一侧向上移动并且发射和接收电磁波，每隔相同时间记录雷达所处的测试高度以及处于当前高度时从发射到接收电磁波的测试时间间隔，直至雷达与天线上边角处于同一高度。雷达检测到与天线的下边角处于同一高度的时候，记录当前雷达所处的高度为初始高度，为下一步检测作好准备；接着无人机沿着天线的边框向上运动，雷达也跟随向上运动，并且雷达还发射电磁波，对上升过程中的边框位置进行检测，从而能够对天线的相关数据进行采集。

步骤s4，雷达根据所述测试时间间隔通过距离测试算法得出测试距离。

在本实施例中，本步骤中雷达通过采集到的向天线边框发射电磁波到接收电磁波的测试时间间隔可以快速地计算得出雷达与天线边框之间距离。

步骤s5，雷达根据收集到的测试距离与测试高度拟合出天线下倾角。

在本实施例中，雷达能够根据收集到的雷达与天线之间的距离以及雷达所处的高度拟合出天线下倾角，这种方法通过将采集到的大量数据进行处理，快速得出天线下倾角，给通信维护人员带来了测量上的便利性，极大地提高了网络优化的效率。

其中，步骤s5中，具体包括以下步骤：

将测试距离和测试高度建立坐标系；

通过线性最小二乘法将测试距离和测试高度组成的坐标拟合成一条近似直线；

获取所述近似直线的斜率；

将斜率转化为相对应的角度，所述角度即为天线下倾角。

将测试距离设为ri，测试高度设为hi，将测试距离ri和测试高度hi建立坐标系，表示为(ri,hi)；通过线性最小二乘法的方法将(ri,hi)坐标拟合成一条近似直线；获取近似直线的斜率，通过斜率得出天线下倾角。

具体包括以下步骤：

选定一组函数r1(x)，r2(x)，…，rm(x)，m＜i，令

f(x)＝a1r1(r)+a2r2(r)+...+amrm(r)，

其中，a1,a2,...,am为待定系数；

确定a1,a2,...,am的准则(最小二乘准则)：使n个点(ri，hi)与曲线y＝f(x)的距离σi的平方和最小；

其中，

当r^tr可逆时，超定方程组ra＝z存在最小二乘解，即为方程组r^tra＝r^tz的解：a＝(r^tr)^-1r^tz；

通过机理分析建立数学模型来确定f(x)；

将数据(ri，hi)i＝1,...,n作图，通过直观判断确定f(x)＝a1+a2x；

设天线下倾角为θ，则θ＝arctan(|a2|)，θ即为天线的下倾角。

其中，所述步骤s4中雷达根据所述测试时间间隔通过距离测试算法得出测试距离，具体包括：所述距离测试算法表示为其中r为雷达到天线的测试距离，c为光速，t为测试时间间隔。雷达通过发射电磁波和接收电磁波之间的时间差计算出雷达与天线之间的差距，因为电磁波的传播速度为光速，所以光速乘以时间差就是雷达与天线之间距离的两倍，因此能够快速准确得通过测试时间间隔得出测试距离。

其中，所述步骤s1中雷达安装于无人机上，进一步，还包括：摄像头安装于无人机上与雷达安装位置相同的位置处。将摄像头也安装于无人机上，这样就会使得雷达定位天线的位置更具准确性，使得对天线下倾角的测量更具准确性。

此外，在本实施例中，将雷达安装于无人机上，从而雷达就可以跟随无人机进行移动；无人机能够方便快速地到达天线所处的区域，从而安装于无人机上的雷达就可以快速对天线进行检测，整个方式具有很好的操控性；无人机飞到天线附近的区域时，雷达对周围的物件进行检测，雷达能够发射电磁波，当电磁波碰到阻碍物的时候就会进行反射，因为不同的介质对电磁波反射的强度是不相同的，因此雷达能够根据这个特性确定天线距离雷达的距离和方位，并且能够得知天线所处的高度和天线的形状边框等信息，从而为天线下倾角的测量提供了基础；雷达处于与天线下边角同一高度处，记录为初始高度；雷达向天线下边角发射电磁波并接收反射回来的电磁波，记录从发射到接收电磁波的初始时间间隔并且根据所述初始时间间隔得出初始距离；雷达沿着天线边框的一侧向上移动并且发射和接收电磁波，每隔相同时间记录雷达所处的测试高度以及处于当前高度时从发射到接收电磁波的测试时间间隔，直至雷达与天线上边角处于同一高度。雷达检测到与天线的下边角处于同一高度的时候，记录当前雷达所处的高度为初始高度，为下一步检测作好准备；接着无人机沿着天线的边框向上运动，雷达也跟随向上运动，并且雷达还发射电磁波，对上升过程中的边框位置进行检测，从而能够对天线的相关数据进行采集；雷达通过采集到的向天线边框发射电磁波到接收电磁波的测试时间间隔可以快速地计算得出雷达与天线边框之间距离；雷达能够根据收集到的雷达与天线之间的距离以及雷达所处的高度拟合出天线下倾角，这种方法通过将采集到的大量数据进行处理，快速得出天线下倾角，给通信维护人员带来了测量上的便利性，极大地提高了网络优化的效率。其中，雷达根据收集到的雷达与天线之间的距离以及雷达所处的高度拟合出天线下倾角，包括将测试距离和测试高度建立坐标系；通过线性最小二乘法将测试距离和测试高度组成的坐标拟合成一条近似直线；获取所述近似直线的斜率；将斜率转化为相对应的角度，所述角度即为天线下倾角；其中，雷达通过发射电磁波和接收电磁波之间的时间差计算出雷达与天线之间的差距，因为电磁波的传播速度为光速，所以光速乘以时间差就是雷达与天线之间距离的两倍，因此能够快速准确得通过测试时间间隔得出测试距离；其中，摄像头安装于无人机上与雷达安装位置相同的位置处，将摄像头也安装于无人机上，这样就会使得雷达定位天线的位置更具准确性，使得对天线下倾角的测量更具准确性。

实施例二

参照图2，本发明实施例二提供了一种基于无人机雷达测距的天线下倾角测量装置，包括无人机和安装于无人机上的雷达100；

所述雷达100包括发射单元110、接收单元120、信号处理单元140和显示单元150；

发射单元110，用于发射电磁波；

接收单元120，用于接收反射电磁波；

信号处理单元140，用于对接收到的反射电磁波进行分析和处理；

显示单元150，用于对信号处理单元140发送过来的信息进行显示。天线下倾角测量装置包括无人机和安装于无人机上的雷达100，从而雷达100可以跟随无人机进行移动，进而能够方便快速地对天线的相关信息进行测量；雷达100包括发射单元110、接收单元120、信号处理单元140和显示单元150，发射单元110能够向周围发射电磁波，接收单元120能够对发射的电磁波进行接收，信号处理单元140能够对接收回来的电磁波进行分析，显示单元150可以对信号处理单元140发送过来的信息进行显示处理，从而利用雷达就可以方便快速地对天线下倾角进行测量。

其中，所述雷达还包括收发转换单元130，所述收发转换单元130用于对雷达的发射单元110与接收单元120之间进行控制切换。收发转换单元130可以对发射单元110和接收单元120进行切换控制处理，从而雷达100能够快速地对发射单元110和接收单元120进行切换，进而能够快速地对周围的物件进行搜索。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。