CN109211191B - 基于测距原理的基站天线下倾角的测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于测距原理的基站天线下倾角的测量方法和系统，该测量方法步骤如下：1)智能控制终端控制搭载激光测距仪的无人机飞至待测基站天线正面位置；2)无人机在待测基站天线正面轴线垂直方向上下移动一定距离，记录激光测距仪上下移动的距离值、激光测距仪上下移动前后与待测基站天线正面的距离值，得到一组数据，重复步骤1)、2)多次测量，得到多组数据；3)通过无人机将多组数据传回智能控制终端中，智能控制终端对传输回来的多组数据进行分析和计算得出待测基站天线下倾角。本发明操作简单，安全性高、且测量准确性高，本发明适用于基站天线下倾角测量。

Description

基于测距原理的基站天线下倾角的测量方法和系统

技术领域

本发明涉及移动通信领域，更具体的，涉及基站天线下倾角的测量方法和系统。

背景技术

移动通信网络中天线下倾角作为描述基站天线方位的重要参数，是衡量移动通信网络性能的重要指标之一。通过合理的调节和设置天线下倾角，可有效地对移动通信网络的整体性能进行优化，同时也可有效地降低小区间的信号干扰，增强小区的覆盖能力。

期刊《中国设备工程》2017(8):149-150，公开了《板状天线下倾角测量工具的设计》，该方案利用重力始终垂直向下的原理设计出了一种新的坡度测量仪，需要测量盒装上长杆用于贴近需要测量下倾角的天线，并且安装常用的手机内窥镜把读数传回来，指针在刻度盘上的读数就是测量盒与铅垂线的夹角，就是天线下倾角。不足之处是需要人工操作利用伸长杆将测试盒贴近待测基站天线，操作不方便且无法准确贴近待测基站天线，存在测量误差，效率较低。

发明内容

本发明为了解决现有技术测量基站天线下倾角时存在的测量效率低、存在测量误差的技术缺陷，提供了一种基于测距原理的基站天线下倾角的测量方法，其具有测量精度高、操作简单、快速测得待测基站天线下倾角的优点。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：基于测距原理的基站天线下倾角的测量方法，其特征在于：该测量方法步骤如下：

1)智能控制终端控制搭载激光测距仪的无人机飞至待测基站天线的正面位置；

2)搭载激光测距仪的无人机在待测基站天线正面轴线的垂直方向上下移动一定距离，记录激光测距仪上下移动的距离值、激光测距仪上下移动前后与待测基站天线正面的距离值，得到一组数据，重复步骤1)、2)多次测量，得到多组数据；

3)通过无人机的无线通信模块将得到的多组数据传回智能控制终端中，智能控制终端对传输回来的多组数据进行分析和计算得出待测基站天线的下倾角。

所述步骤3)计算下倾角的具体过程如下：

1)分别计算每一组数据，得出待测基站天线下倾角θ：

其中，H：激光测距仪上下移动的距离值；

D₁：激光测距仪上下移动前与待测基站天线正面的距离值；

D₂：激光测距仪上下移动后与待测基站天线正面的距离值；

2)将传输回来的多组数据按照计算方式1)分别计算出待测基站天线下倾角的多个θ值，得到一组待测基站天线下倾角[θ₁…θ_n]，对这组待测基站天线下倾角[θ₁…θ_n]进行聚类分析，计算得到最终的待测基站天线下倾角的测量值；

其中，θ₁：第一组数据计算出来的第一个待测基站天线下倾角；

θ_n：第n组数据计算出来的第n个待测基站天线下倾角，n为大于等于3的整数。

所述的聚类分析采用K-Means聚类分析算法。

所述K-Means聚类分析算法进行聚类分析的具体过程如下：

a.对于待测基站天线下倾角[θ₁…θ_n]，首先设定聚类为k＝3组；

b.从[θ₁…θ_n]随机选择k个数据作为质心，分为k个类；

c.对[θ₁…θ_n]每个数值都与这k个数据进行差值计算，将[θ₁…θ_n]中的每个数值分别划分为与k个数据中差值最小的数据所在的类；

d.k个数据聚类完成后，对k个聚类中的数据单独操作，首先进行求和然后求平均值，k个聚类中与该类平均值最接近的那个值，成为该类中新的质心，新质心也是k个值；

e.重复c和d步骤，对[θ₁…θ_n]数据组多次进行迭代，重新分类；

f.当k个质心数据不再变化时，认为进行的聚类分析已经达到期望的结果，算法收敛，结束算法；

g.统计k个分类中数据的个数，个数最多的一类数据，即为下倾角测试值最符合预期的数据，对这组数据求平均，记为基站天线下倾角的测量值。

同时，本发明还提供了一种应用以上方法的系统，其具体的方案如下：

包括无人机、激光测距仪、智能控制终端，所述无人机与激光测距仪通信连接，所述无人机与智能控制终端无线通信连接；

所述智能控制终端主要用于发送无人机控制飞行指令，控制无人机悬停在待测基站天线正面，并且接受无人机传输回来的测量数据，以计算得出待测基站天线下倾角；

所述激光测距仪用于测量激光测距仪与待测基站天线之间的距离，并将测量的数据传输给无人机。

所述无人机包括摄像模块、飞行控制模块、无线通信模块、机体；

所述摄像模块、飞行控制模块、无线通信模块设置在机体上；

所述摄像模块用于拍摄待测基站天线图像，并传回智能控制终端，以便确认无人机停留在待测基站天线的正面；

所述飞行控制模块用于根据智能控制终端的飞行控制指令，将无人机悬停在待测基站天线正面；

所述无线通信模块用于将激光测距仪测量的数据返回给智能控制终端，且接收智能控制终端发送给无人机的飞行指令。

本发明的有益效果如下：本发明通过无人机搭载激光测距仪多次测量，并采用统计方法来减少测量误差，从而快速得到待测基站天线的下倾角。该方法操作方便，简单可靠，不需要测量人员登上基站高塔，降低了登高作业和被基站高强度电磁辐射的危险，同时提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明测量基站天线下倾角原理图。

具体实施方式:

下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种基于测距原理的基站天线下倾角的测量方法，该测量方法步骤如下：

1)智能控制终端控制搭载激光测距仪的无人机飞至待测基站天线正面位置，利用无人机的摄像模块，实时对待测基站天线拍摄图像，通过无人机无线通信模块将图像传回智能控制终端，以便确认无人机悬停在待测基站天线的正面位置；

2)将激光测距仪预先设置在无人机上，搭载激光测距仪的无人机在待测基站天线正面轴线的垂直方向上下移动一定距离，同时利用激光测距仪测量无人机与待测基站天线之间的距离。记录激光测距仪上下移动的距离值、激光测距仪上下移动前后与待测基站天线正面的距离值，得到一组数据，重复步骤1)、2)多次测量，得到多组数据；所述的激光测距仪上下移动的距离值可以通过无人机内置的GPS坐标数据计算所得。

3)通过无人机的无线通信模块将得到的多组数据传输回智能控制终端中，智能控制终端对传输回来的多组数据进行分析和计算得出待测基站天线下倾角；

所述步骤3)中根据激光测距仪上下移动的距离、激光测距仪上下移动前后与待测基站天线正面的距离构成的梯形换算关系来计算下倾角，其具体计算过程如下：

1)分别计算每一组数据，得出待测基站天线下倾角θ；

各个距离值与下倾角的关系式为：

其中，H：激光测距仪上下移动的距离值；

D₁：激光测距仪上下移动前与待测基站天线正面的距离值；

D₂：激光测距仪上下移动后与待测基站天线正面的距离值；

2)将传输回来的多组数据按照计算方式1)分别计算出待测基站天线下倾角的多个θ值，得到一组待测基站天线下倾角[θ₁…θ_n]，为了降低测试过程中由于操作导致的测量误差，本发明需要对这组待测基站天线下倾角[θ₁…θ_n]进行聚类分析，计算得到最终的待测基站天线下倾角的测量值；

其中，θ₁：第一组数据计算出来的第一个待测基站天线下倾角；

θ_n：第n组数据计算出来的第n个待测基站天线下倾角；n为大于等于3的整数。

聚类分析是一种按照个体特征，使同一类别内的个体都具有尽可能搞的同质性，将群体分类的统计方法。通过聚类分析的方法，降低测试过程中由于测试操作带来的测量误差，最终得到多次测试中数值接近的下倾角值的平均值作为基站天线工作下倾角的测量值。

本发明采用的聚类分析方法中的K-Means聚类分析算法，其实现步骤是：

a.对于待测基站天线下倾角[θ₁…θ_n]，首先设定聚类为k＝3组；

b.从[θ₁…θ_n]随机选择k个数据作为质心，分为k个类；

c.对[θ₁…θ_n]每个数值都与这k个数据进行差值计算，将[θ₁…θ_n]中的每个数值分别划分为与k个数据中差值最小的数据所在的类；

d.k个数据聚类完成后，对k个聚类中的数据单独操作，首先进行求和然后求平均值，k个聚类中与该类平均值最接近的那个值，成为该类中新的质心，新质心也是k个值；

e.重复c和d步骤，对[θ₁…θ_n]数据组多次进行迭代，重新分类；

f.当k个质心数据不再变化时，认为进行的聚类分析已经达到期望的结果，算法收敛，结束算法。

g.统计k个分类中数据的个数，个数最多的一类数据，即为下倾角测试值最符合预期的数据，对这组数据求平均，得到基站天线下倾角的平均测量值，即也是所求的基站天线下倾角的测量值。

实施例2

本实施例提供了一种应用实施例1方法的系统，其具体包括以下内容：

包括无人机、激光测距仪、智能控制终端，所述无人机与激光测距仪通信连接，所述无人机与智能控制终端无线通信连接。所述的激光测距仪设置在无人机的机身下面，用于进行激光测距。

所述的激光测距仪用于测量激光测距仪与待测基站天线之间的距离，并将测量的数据传输给无人机。

所述智能控制终端主要用于发送无人机控制飞行指令，控制无人机悬停在待测基站天线正面，并且接受无人机传输回来的测量数据，并根据传输回来的测量数据计算待测基站天线下倾角；所述的智能控制终端可以是智能手机，也可以电脑或者智能遥控器。

其中无人机包括摄像模块、飞行控制模块、无线通信模块、机体；

所述摄像模块、飞行控制模块、无线通信模块设置在机体上；并且所述摄像模块用于实时拍摄待测基站天线图像，并传回智能控制终端，根据回传回来的图像判断无人机是否停留在待测基站天线的正面，需要准确确定无人机停留在待测基站天线的正面；

所述飞行控制模块用于根据智能控制终端的飞行控制指令，将无人机悬停在待测基站天线正面；

所述无线通信模块用于与智能控制终端无线通信，将激光测距仪测量的数据返回给智能控制终端，以便智能控制终端根据测量的数据计算出待测基站天线下倾角，同时无线通信模块还能接收智能控制终端发送的飞行指令。

本发明主要根据激光测距仪上下移动的距离、激光测距仪上下移动前后与待测基站天线正面的距离构成的梯形换算关系，然后根据反三角函数关系来计算下倾角。本发明基于测距原理的基站天线下倾角的测量方法，其测距原理简单，易于操作，该测量方法采用无人机搭载激光测距仪进行测距，比人工巡检方式安全、高效；并且通过统计分析方法，测量次数越多，其测量误差越小，可以有效避免测量误差，提高测量准确性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于测距原理的基站天线下倾角的测量方法，其特征在于：该测量方法步骤如下：

1)智能控制终端控制搭载激光测距仪的无人机飞至待测基站天线的正面位置；

2)搭载激光测距仪的无人机在待测基站天线正面轴线的垂直方向上下移动一定距离，记录激光测距仪上下移动的距离值、激光测距仪上下移动前后与待测基站天线正面的距离值，得到一组数据，重复步骤1)、2)多次测量，得到多组数据；

3)通过无人机的无线通信模块将得到的多组数据传回智能控制终端中，智能控制终端对传输回来的多组数据进行分析和计算得出待测基站天线的下倾角。

2.根据权利要求1所述的基于测距原理的基站天线下倾角的测量方法，其特征在于：所述步骤3)计算下倾角的具体过程如下：

1)分别计算每一组数据，得出待测基站天线下倾角θ：

其中，H：激光测距仪上下移动的距离值；

D₁：激光测距仪上下移动前与待测基站天线正面的距离值；

D₂：激光测距仪上下移动后与待测基站天线正面的距离值；

2)将传输回来的多组数据按照计算方式1)分别计算出待测基站天线下倾角的多个θ值，得到一组待测基站天线下倾角[θ₁…θ_n]，对这组待测基站天线下倾角[θ₁…θ_n]进行聚类分析，计算得到最终的待测基站天线下倾角的测量值；

其中，θ₁：第一组数据计算出来的第一个待测基站天线下倾角；

θ_n：第n组数据计算出来的第n个待测基站天线下倾角，n为大于等于3的整数。

3.根据权利要求2所述的基于测距原理的基站天线下倾角的测量方法，其特征在于：所述的聚类分析采用K-Means聚类分析算法。

4.根据权利要求3所述的基于测距原理的基站天线下倾角的测量方法，其特征在于：所述K-Means聚类分析算法进行聚类分析的具体过程如下：

a.对于待测基站天线下倾角[θ₁…θ_n]，首先设定聚类为k＝3组；

b.从[θ₁…θ_n]随机选择k个数据作为质心，分为k个类；

c.对[θ₁…θ_n]每个数值都与这k个数据进行差值计算，将[θ₁…θ_n]中的每个数值分别划分为与k个数据中差值最小的数据所在的类；

d.k个数据聚类完成后，对k个聚类中的数据单独操作，首先进行求和然后求平均值，k个聚类中与该类平均值最接近的那个值，成为该类中新的质心，新质心也是k个值；

e.重复c和d步骤，对[θ₁…θ_n]数据组多次进行迭代，重新分类；

f.当k个质心数据不再变化时，认为进行的聚类分析已经达到期望的结果，算法收敛，结束算法；

g.统计k个分类中数据的个数，个数最多的一类数据，即为下倾角测试值最符合预期的数据，对这组数据求平均，记为基站天线下倾角的测量值。

5.一种基于权利要求1～4任一项所述方法的系统，其特征在于：包括无人机、激光测距仪、智能控制终端，所述无人机与激光测距仪通信连接，所述无人机与智能控制终端无线通信连接；

所述智能控制终端主要用于发送无人机控制飞行指令，控制无人机悬停在待测基站天线正面，并且接受无人机传输回来的测量数据，以计算得出待测基站天线下倾角；

所述激光测距仪用于测量激光测距仪与待测基站天线之间的距离，并将测量的数据传输给无人机。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述无人机包括摄像模块、飞行控制模块、无线通信模块、机体；

所述摄像模块、飞行控制模块、无线通信模块设置在机体上；

所述摄像模块用于拍摄待测基站天线图像，并传回智能控制终端，以便确认无人机停留在待测基站天线的正面；

所述飞行控制模块用于根据智能控制终端的飞行控制指令，将无人机悬停在待测基站天线正面；

所述无线通信模块用于将激光测距仪测量的数据返回给智能控制终端，且接收智能控制终端发送给无人机的飞行指令。

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