CN104103902A - 基于指北针和坡度仪的点到点的对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于指北针和坡度仪的点对点对准方法。本发明对三维空间两个物体A和B进行点到点对准，对准两个物体需要的主要工具为坡度仪和指北针，其他辅助工具为定位仪（如GPS或者北斗等，本发明以GPS定位仪为例），高度计。直接利用现有两点的GPS位置，来确定两点的方位角，进而利用相对高度确定俯仰角，利用指北针确定方位角，利用坡度仪确定俯仰角。本发明利用坡度仪和指北针解决微波通信中天线对准问题，减少天线对准过程中遇到的距离太远无法可视、反复爬塔校准天线、校准天线时设备需要带电操作等问题，节约工程施工时间和成本，降低了施工危险程度。

Description

基于指北针和坡度仪的点到点的对准方法

技术领域

本发明涉及一种三维空间两物体的点到点对准方法，特别是指利用指北针和坡度仪(水平仪)进行对准的方法。

背景技术

目前微波通信设备安装过程中，对准天线耗时较长，并且难度较大，对于非可视距离和具有高度差的天线对准时难度更大。传统微波天线对准的方法主要集中在测量微波天线的接收信号场强，此方法并不能完全对准天线，只能无限接近对齐状态。采用传统方法需要量取ODU的上行接收电平RSSI，且必须在微波天线信号开启时使用，微波信号辐射影响施工人员的身体健康，使用此种方法耗时较长，且需要至少三次爬塔进行调整天线，成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题：1.解决工程施工中遇到天线对准难，无法准确对准的问题；2.解决工程施工中带电安装调整设备；3.消除了施工人员暴露在强微波辐射环境下工作的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种低成本的基于指北针和坡度仪的点到点对准方法，利用已有的空间物体的GPS定位参数和相对高度，计算出方位角和附仰角，或者利用其它途径首先确定两物体之间的方位角和附仰角。利用指北针和坡度仪进行对准的方法无需微波设备带电工作，即可以完成微波天线的校准，仅需要在安装天线时调整完毕即可，与对端天线是否安装无关。

实现本发明的具体技术方案如下：

一种基于指北针和坡度仪的点到点的对准方法，对准或检修三维空间中的点到点的两个物体的位置仅需要指北针和坡度仪；采用指北针调整并对准物体的方位角；采用坡度仪或水平仪调整并对准物体的俯仰角。

具体包括以下内容，

1)获得初始数据；

对于自由空间的两个物体A和B，使用GPS或者北斗工具，分别获得两个物体的经纬度参数，使用高度计分别获得两个物体的高度差，从而获得两个物体的方位角α和俯仰角β，根据两个物体所处位置，查询官方数据获取该地区的磁偏角，得出磁北角γ，γ＝α+磁偏角；

2)选择水平面作为参考面；

自由空间的两个物体，物体本身具有方向性，根据实际需求确定物体的方向线，利用坡度仪分别将物体A、B的方向线调整到水平面上，从而分别确定水平面ZA、ZB；

对于物体A，在水平面ZA内，利用指北针将物体A的方向线调整至磁北角γ，从而确定一个唯一与水平面垂直的方位角平面AB；

对于物体B，在水平面ZB内利用指北针调整物体B的方向线至磁北角180+γ，物体B也进入方位角平面AB面内；

3)在方位角平面内调整俯仰角；

在平面AB内，使用坡度仪调整物体A或B的方向线角度；若物体A的水平高度大于物体B的水平高度，则使用坡度仪调整物体A的方向线向下β度或者使用坡度仪调整物体B的方向线向上β度。

使用时，将坡度仪和指北针固定到需要对准物体的相对方向位置，该位置的选取比较灵活，只要是与物体需要对准的方向面有关系即可。

本发明具有下列优点和积极效果：

1)直接利用现有非常成熟仪表：指北针和坡度仪，这两种测试仪表在工程中大量使用，操作便捷；

2)第一次安装时即可确定需要对准的两物体的方位角和俯仰角，无需重复操作；同时检修时也很方便，仅需使用指北针和坡度仪即可完成检修；

3)安装对准物体时无需带电操作，极大的降低了危险程度。

附图说明

图1是空间中的两个物体位置关系图；

其中，A为需要对准的物体1，B为需要对准的物体2。

图2为物体A和B在地球表面的位置空间图；

其中，坐标系为三维坐标系，XY平面相当于赤道平面，Z轴为正北的方向，即是真北的方向。

图3为实例微波天线方向线的确定图；

方向线就是物体需要对准方向的中心线，如图中天线方向线的确定，可以选择天线输出口的垂直方向，起点为输出口的中心点。

在图中①是ODU设备，用于向天线提供微波信号；②是微波天线，用于微波信号的发射，是本工程中需要对准的物体(点)；③是天线支架，用于固定ODU和微波天线，是一种固定装置，以便ODU和微波天线安装到各种柱子、铁塔或者墙体表面；④是天线的主瓣方向，也是整个物体的方向线。

图4为物体水平面ZA、ZB的确定图；

ZA为物体A方向线所在的水平面，ZB为物体B方向线所在的水平面，两个平面是平行的(当物体A和物体B同在一个水平面时，ZA和ZB是重合的)。

图5是方位角平面AB的确定图；是本发明中ZA、ZB、AB三个面的整体图；

AB平面是物体A和物体B调整完方位角后确定的平面，AB平面与水平面ZA和ZB是垂直的。

图6是平面ZA与平面AB的关系图，是对图5图形的局部诠释；

图7是平面ZB与平面AB的关系图，是对图5图形的局部诠释；

图8是平面ZA、平面ZB和平面AB三者关系图的放大，是对图5局部的诠释；

图9为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

本发明的原理(流程)，如图9所示：

1)选择水平面作为参考面

对于自由空间的两个物体A和B，如图1所示；物体本身具有方向性，物体方向线的确定如图3所示；在自由空间中建立三维坐标系，表达如图2所示；分别将两物体的方向线调整到各自所在的水平面上，从而确定两个具有高度差的水平面ZA和ZB，具体图示参考图4。当两个物体的方向线同时处于水平面时，两个水平面ZA和ZB的高度差为零。通过GPS或其它相关工具测量出两个物体的经纬度，根据经纬度确定两物体的方位角α和高度角β。

2)水平面内调整方位角

在确定的水平面ZA和ZB中，根据各个物体所处的位置资料，可查得磁偏角，从而可以得出磁北角γ(γ＝α+磁偏角)，γ即为指北针的方向角。如果以物体A为例，γ角即为物体A在ZA平面内方向线需要调整的角度；物体B磁北角为180+γ，即为物体B在ZB平面的方向线需要调整的角度，根据上述角度，分别调整两物体A和B后，物体A和B将处于唯一的一个方位角平面AB面内，该平面与水平面是垂直的，具体可以参见图5。

3)方位角平面内调整高度角

在AB面内，使用坡度仪调整物体A和B的方向线角度，若物体A的水平高度大于物体B，则物体A的方向线需要向下β，物体B的方向线需要向上β。

实施例：

总体说明：

本发明包括空间两物体A和B，使用仪表：指北针和坡度仪，还包括通过GPS测量后处理的相关数据如方位角和俯仰角。

其工作过程是：

通过空间固定点的水平面是唯一的，在此水平面内通过固定点的方向线有无数条，但是具有磁北角γ(或者180+γ)的方向线有且仅有一条，此时方向线与AB物体之间的连线形成空间中唯一的一个平面：平面AB，该平面与水平面垂直；在相关的水平面中使用指北针，均可将物体A或B的方向线调整到平面AB中。在平面AB中使用坡度仪上下调整物体A或B的方向线，即可完成物体A或B的对准。

在实际使用或工程安装中，首先确定物体A(假设：物体A位置较高)的方向线，使用坡度仪调整物体A的方向线，使其处于水平面内，随后使用指北针将物体A的方向线调整为磁北角γ度，然后使用坡度仪将物体A的方向线垂直向下倾斜β度，此时完成物体A的方向校准。在物体B处，同样首先确定物体B的方向线，然后使用坡度仪确定物体B方向线所在的水平面，在该平面内使用指北针调整物体B的方向线，使其磁北角为180+γ度，然后使用坡度仪调整物体B的方向线垂直向上β度。

平面ZA：

如图6所示，平面ZA是在确定物体A的方向线后，使用坡度仪(或者水平仪)确定的水平面。在图中方向①为物体A在水平面的初始方向，方向②为使用指北针调整γ度后的方向，方向③为使用坡度仪向下调整β度后的方向。

平面ZB：

如图7所示，平面ZB是在确定物体B的方向线后，使用坡度仪(或水平仪)确定的水平面。在图中方向④为物体B的初始方向，方向⑤为物体B使用指北针调整180+γ度后的方向，方向⑥为物体使用坡度仪向上调整β度后的方向。

平面AB：

如图8所示，平面AB是物体A和B通过调整磁北角后所确定的平面，该平面与水平面垂直，方向②、③、⑤和⑥均在该平面内。

Claims (2)

1.一种基于指北针和坡度仪的点到点的对准方法，其特征在于：

对准或检修三维空间中的点到点的两个物体的位置仅需要指北针和坡度仪；

采用指北针调整并对准物体的方位角；采用坡度仪或水平仪调整并对准物体的俯仰角。

2.根据权利要求1所述的基于指北针和坡度仪的点对点的对准方法，其特征在于：包括以下内容，

1)获得初始数据；

对于自由空间的两个物体A和B，使用GPS或者北斗工具，分别获得两个物体的经纬度参数，使用高度计分别获得两个物体的高度差，从而获得两个物体的方位角α和俯仰角β，根据两个物体所处位置，查询官方数据获取该地区的磁偏角，得出磁北角γ，γ＝α+磁偏角；

2)选择水平面作为参考面；

自由空间的两个物体，物体本身具有方向性，根据实际需求确定物体的方向线，利用坡度仪分别将物体A、B的方向线调整到水平面上，从而分别确定水平面ZA、ZB；

对于物体A，在水平面ZA内，利用指北针将物体A的方向线调整至磁北角γ，从而确定一个唯一与水平面垂直的方位角平面AB；

对于物体B，在水平面ZB内利用指北针调整物体B的方向线至磁北角180+γ，物体B也进入方位角平面AB面内；

3)在方位角平面内调整俯仰角；

在平面AB内，使用坡度仪调整物体A或B的方向线角度；若物体A的水平高度大于物体B的水平高度，则使用坡度仪调整物体A的方向线向下β度或者使用坡度仪调整物体B的方向线向上β度。