CN112996107B - 一种天线装置、移动通信干扰信号定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线装置、移动通信干扰信号定位方法及系统，该天线装置包括：定向天线组用于采集干扰信号，是由4根相同的天线围绕天线中轴的同一水平面周向排列组成的，且每个相邻的天线相互垂直；GPS天线用于测量采集点的位置信息和时间信息；三轴陀螺仪传感器用于测量参考天线的角速度信息；电子罗盘，设置在天线中轴，用于在天线中轴转动时，测量参考天线的运动方向角度；信号分析模块，设置在天线中轴底端的底座中，用于通过DSP芯片对采集到的干扰信号进行处理分析，得到干扰信号对应的信号波形，并将GPS天线、三轴陀螺仪传感器和电子罗盘测量得到的数据，以及信号波形发送到服务器进行存储。本发明提高了干扰源的定位精度。

Description

一种天线装置、移动通信干扰信号定位方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信干扰定位技术领域，尤其涉及一种天线装置、移动通信干扰信号定位方法及系统。

背景技术

随着5G 网络大规模建设，各运营商在建设中都需要进行清频工作，由于 5G 频段带宽较前期通信系统要宽，部分频段大多涉及前期频段重耕，导致5G 瞄准的行业场景电磁环境复杂，故当前 5G 频段极易受到干扰。所以，如何定位当前5G 建网中的干扰是当前 5G建设的重要课题。

现有无线干扰定位大多采用以下三种方式：1、扫频仪和频谱仪，通过频谱仪外接八木天线的方法进行测试，设定扫频仪的频段和步长等参数，使得扫频仪在设定频段内进行无线信号扫描，并显示现场无线环境的干扰信号波形，进而通过测试信号强弱定位干扰位置。然而，该方法耗费大量测试资源，需要人工进行干扰测试并反复寻找，导致效率太低，并且干扰定位精度较差。2、后台网管系统定位，主要通过对现网内干扰问题小区进行操作，通过降低或抬高功率查看底噪是否变化判断是否为外部干扰，若为外部干扰，再通过三角定位判断干扰大致方位。但是，该方法只能无法区分多个干扰信号的来源，定位精度较低，精度在200-300米范围。3、双天线测向方法，该方法使用两根天线对干扰源进行定点定向，当两根天线接收的干扰功率相等时，两根天线的角平分线或者角平分线反向延长线为来波方向，然后将天线1和天线2进行定点旋转180°，此时两根天线接收到的干扰功率也相等，比较旋转前和旋转后的天线接收信号强度，将强度大的方向的角平分线作为来波方向。然而，该方法只适用于定点测向，在移动测向时，当两根天线接收干扰功率相等与再次旋转180°不在一点，无法判断来波方向在两根天线的角平分线上还是在角平分线反向延长线上。

由上述几种现有干扰信号定位方法可知，目标在对无线通信中干扰信号的定位，主要还是定点定位，当定位装置在移动时，可能导致无法定位或者定位效果差，并且现有干扰信号定位结果的准确性也较低。因此，现在亟需一种天线装置、移动通信干扰信号定位方法及系统来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种天线装置、移动通信干扰信号定位方法及系统。

本发明提供一种天线装置，包括定向天线组、GPS天线、三轴陀螺仪传感器、电子罗盘和信号分析模块，其中：

所述定向天线组用于采集干扰信号，是由4根相同的天线围绕天线中轴的同一水平面周向排列组成的，且每个相邻的天线相互垂直；

所述GPS天线，设置在所述天线中轴的顶端，用于在所述定向天线组采集干扰信号时，测量采集点的位置信息和时间信息，并通过所述时间信息对所述天线装置采集的数据进行时间同步；

所述三轴陀螺仪传感器，设置在所述天线中轴，用于在所述天线中轴转动时，测量参考天线的角速度信息，所述参考天线是从所述定向天线组的任一天线中预先设置的；

所述电子罗盘，设置在所述天线中轴，用于在所述天线中轴转动时，测量所述参考天线的运动方向角度；

所述信号分析模块，设置在所述天线中轴底端的底座中，用于通过DSP芯片对采集到的干扰信号进行处理分析，得到所述干扰信号对应的信号波形，并将所述GPS天线、所述三轴陀螺仪传感器和所述电子罗盘测量得到的数据，以及所述信号波形发送到服务器进行存储。

根据本发明提供的一种天线装置，所述天线中轴的底端连接有转动电机，所述转动电机用于对所述天线中轴的转速进行调节。

根据本发明提供的一种天线装置，所述天线中轴的顶端设置有无线传送模块，用于将获取到的数据通过无线传输的方式发送到服务器，所述无线传送模块包括WiFi模组、4G模组和5G模组。

本发明还提供一种基于上述任一所述天线装置的移动通信干扰信号定位方法，包括：

对天线装置测量得到的信号数据进行处理，得到每根天线在不同采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值，所述信号数据包括GPS信号、三轴陀螺仪传感器信号、电子罗盘信号和干扰信号波形；

根据预设定向规则，对定向天线组中每根天线在同一采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值进行判断，并根据判断结果，得到在多个采集点位置处的干扰信号的干扰方向；

根据多个干扰方向和预设定向方向误差，获取干扰方向之间的交点阴影，将满足预设交点聚类条件的交点阴影保留，并将保留的交点阴影对应的位置信息呈现在地图上，得到所述干扰信号的定位区域。

根据本发明提供的一种移动通信干扰信号定位方法，所述根据预设定向规则，对定向天线组中每根天线在同一采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值进行判断，并根据判断结果，得到在多个采集点位置处的干扰信号的干扰方向，包括：

基于三轴陀螺仪传感器采集的角速度信息，获取参考天线的角度信息，并根据定向天线组的排列位置，按逆时针或顺时针，分别获取其他三根天线的角度信息；

在同一采集时刻内，若任意两根相邻天线接收到的干扰信号RSSI值相等，且另外两根相邻天线的干扰信号RSSI值相等，则将干扰信号RSSI值大的两根相邻天线的角度信息对应的角平分线方向作为干扰方向；或将干扰信号RSSI值小的两根相邻天线的角度信息对应的角平分线反向延长线方向作为干扰方向；

若任意两根不相邻天线接收到的干扰信号RSSI值相等，则获取另外两根不相邻天线的干扰信号RSSI值，并将目标天线的角度信息对应的方向作为干扰方向；其中，所述目标天线为另外两根不相邻天线中接收到的干扰信号RSSI值大的天线。

根据本发明提供的一种移动通信干扰信号定位方法，所述根据多个干扰方向和预设定向方向误差，获取干扰方向之间的交点阴影，将满足预设交点聚类条件的交点阴影保留，并将保留的交点阴影对应的位置信息呈现在地图上，得到所述干扰信号的定位区域，包括：

根据预设定向方向误差，对干扰方向进行角度调整，并根据角度调整后的干扰方向构建交点阴影，所述预设定向方向误差为±3°；

获取每个交点阴影之间的叠加数量，将所述叠加数量满足预设交点聚类条件的交点阴影进行保留；

根据位置信息，将保留的交点阴影聚类在地图上，得到干扰信号的定位区域。

根据本发明提供的一种移动通信干扰信号定位方法，所述方法还包括：

根据转动电机的最长起动时长，构建三轴陀螺仪传感器和电子罗盘的数据测量稳定时长；

当所述三轴陀螺仪传感器和所述电子罗盘的持续测量时长超过所述数据测量稳定时长之后，按照预设校正时长，对所述三轴陀螺仪传感器和所述电子罗盘进行周期校正。

本发明还提供一种基于上述任一所述天线装置的移动通信干扰信号定位系统，包括：

信号处理模块，用于对天线装置测量得到的信号数据进行处理，得到每根天线在不同采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值，所述信号数据包括GPS信号、三轴陀螺仪传感器信号、电子罗盘信号和干扰信号波形；

定向模块，用于根据预设定向规则，对定向天线组中每根天线在同一采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值进行判断，并根据判断结果，得到在多个采集点位置处的干扰信号的干扰方向；

定位模块，用于根据多个干扰方向和预设定向方向误差，获取干扰方向之间的交点阴影，将满足预设交点聚类条件的交点阴影保留，并将保留的交点阴影对应的位置信息呈现在地图上，得到所述干扰信号的定位区域。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述移动通信干扰信号定位方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述移动通信干扰信号定位方法的步骤。

本发明提供的天线装置、移动通信干扰信号定位方法及系统，通过定向天线组与陀螺仪和电子罗盘进行配合，能精确输出干扰信号的强度与方位，为测试的干扰信号进行高精度定向，提高了干扰定向测试的指向性，并通过多个干扰方向对干扰信号定位，能实时精确定位当前网络的干扰所在区域，提高了干扰源的定位精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的天线装置的结构示意图；

图2为本发明提供的定向天线组的俯视示意图；

图3为本发明提供的天线方向示意图；

图4为本发明提供的定位单元的结构示意图；

图5为本发明提供的移动通信干扰信号定位方法的流程示意图；

图6为本发明提供的多个定位天线组的干扰信号筛选示意图；

图7为本发明提供的干扰信号定向示意图；

图8为本发明提供的干扰信号定位阴影示意图；

图9为本发明提供的交点阴影聚类后的示意图；

图10为本发明提供的移动通信干扰信号定位系统的结构示意图；

图11为本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的天线装置的结构示意图，如图1所示，本发明提供了一种天线装置，包括定向天线组101、GPS天线102、三轴陀螺仪传感器103、电子罗盘104和信号分析模块105，其中：

所述定向天线组101用于采集干扰信号，是由4根相同的天线围绕天线中轴106的同一水平面周向排列组成的，且每个相邻的天线相互垂直。

在本发明中，定向天线组101主要是接收干扰信号，采用4根小型化平板天线相互垂直放置于天线中轴106。其中，本发明所采用的平板天线的接收频率包含5G网络频率带宽（700M至4.9G），因此，本发明以5G无线网络中的干扰信号定位进行说明。

具体地，基于天线长度为中心频率周长的1/4，由于当前5G频段最长为广电700M，本发明按700M为天线预设尺寸条件，得到天线波长的1/4为10cm左右，因此，本发明将天线尺寸设置为长宽均为10cm左右的小平板天线，即可满足天线尺寸要求。图2为本发明提供的定向天线组的俯视示意图，可参考图2所示，天线1、天线2、天线3和天线4按逆时针排列。由于本发明提供的天线装置可用于天线移动场景，为便携自动测试装备，无需人工进行路测；该天线装置也可设置在移动的载体上，例如，汽车，轮船或火车等交通工具上；还可以安装于固定位置做定点测试。通过多个装置、多种场景的测试数据，达到现网内海量测试效果，并通过WIFI/4G/5G等无线方式进行测试数据回传。当两根天线接收干扰功率相等时，通过另外两根天线的信号大小比较，可直接定位出来波方向，而无需另外定点旋转天线180°。需要说明的是，本发明的定向天线组101可设置多个，从而提高干扰信号的定向定位精确性。

进一步地，图3为本发明提供的天线方向示意图，可参考图3所示，在本发明中，天线水平波瓣角为90°，从而保证天线阵水平接收信号无死角，垂直波瓣角为25°；天线方向与干扰信号方向在45°±3°的天线接收功率差大于2db。

所述GPS天线102，设置在所述天线中轴106的顶端，用于在所述定向天线组101采集干扰信号时，测量采集点的位置信息和时间信息，并通过所述时间信息对所述天线装置采集的数据进行时间同步。

在本发明中，GPS天线102主要功能是获取GPS卫星发送的GPS信号，提取卫星信号中的伪随机噪声码和数据码，以进一步解算得到接收机所在载体的位置、速度和时间（PVT）等导航信息。本发明通过利用GPS天线102获取位置信息和时间信息，其中，位置信息为后续干扰定位提供相关数据，时间信息则是为了所有装置采集和运算时的时间进行同步和计时，GPS天线102上报频率为50ms。需要说明的是，本发明的GPS天线102也可以为北斗天线。

所述三轴陀螺仪传感器103，设置在所述天线中轴106，用于在所述天线中轴106转动时，测量参考天线的角速度信息，所述参考天线是从所述定向天线组101的任一天线中预先设置的。

在本发明中，三轴陀螺仪传感器103测量物体（即定向天线组101）旋转角速度，其中，三轴陀螺仪传感器103有x、y和z三个端口，分别监控物体围绕X轴、Y轴和Z轴三个轴的旋转情况，端口输出的电平值对应物体轨迹与各轴的角度，物体旋转的方向可以设定，例如，设定顺时针为正，那么物体逆时针旋转的角度则为负值。三轴陀螺仪传感器103测量物体角速度信息通过以下一实施例进行说明：一个物体按设定的Z轴在顺时针旋转，在初始0时Z轴端口输出初始角度旋转的姿态角为Φ₀，在t时刻后，物体绕Z轴旋转的姿态角为Φ₁，即可测量物体围绕Z轴的转速为：

；

通过对三轴陀螺仪传感器103每个轴输出的角速度信息进行积分，可以分别获得物体当前和预定轴的角度信息：

；

由于从三轴陀螺仪传感器103测量的角速度获得角度信息，需要经过积分运算。如果角速度信号存在微小的偏差和漂移，经过积分运算之后，变化形成积累误差。这个误差会随着时间延长逐步增加，所以长时间使用三轴陀螺仪传感器103后，将对其进行误差校正。本发明的陀螺仪角度传送频率为50ms传送一次。

所述电子罗盘104，设置在所述天线中轴106，用于在所述天线中轴106转动时，测量所述参考天线的运动方向角度。

在本发明中，电子罗盘104是测量物体运动方向的仪器，通过物体位移对地球磁场的变化测量其方位。本发明使用三轴电子罗盘，主要由三轴磁阻传感器和倾角传感器组成，三轴磁阻传感器由三个磁传感器构成X、Y和Z轴磁系统，并通过倾角传感器进行倾角补偿。

具体地，三个互相垂直的磁阻传感器，每个轴向上的传感器检测在该方向上的地磁场强度。向前的方向称为x方向的传感器，检测地磁场在x方向的矢量值；向右或Y方向的传感器检测地磁场在Y方向的矢量值；向下或Z方向的传感器检测地磁场在Z方向的矢量值。每个方向的传感器的灵敏度都已根据在该方向上地磁场的分矢量调整到最佳点，并具有非常低的横轴灵敏度。磁力仪能够分辨出小于1mGauss的磁场变化量，即可通过该高分辨力来准确测量出200-300mGauss的X和Y方向的磁场强度，不论是在赤道上的向上变化还是在南北极的更低值位置。因此，仅用地磁场在X轴和Y轴的两个分矢量值便可确定方位值：

Azimuth=arcTan(Y/X)；

该关系式是在检测仪器与地表面平行时才成立。当仪器发生倾斜时，方位值的准确性将要受到很大的影响，该误差的大小取决于仪器所处的位置和倾斜角的大小。为减少该误差的影响，本发明采用双轴倾角传感器来测量俯仰角α和侧倾角β，这个俯仰角α被定义为由前向后方向的角度变化；而侧倾角β则为由左到右方向的角度变化。电子罗盘104将俯仰角α和侧倾角β的数据经过转换计算，将磁力仪在三个轴向上的矢量在原来的位置“拉”回到水平的位置。具体的转换计算式如下：

Xr=Xcosα+Ysinαsinβ-Zcosβsinα；

Yr=Ycosβ+Zsinβ；

其中，Xr和Yr分别表示需要转换到水平位置的值。

由上述三个计算公式可以看出，在整个补偿技术中，Z轴向的矢量扮演一个非常重要的角色。要正确运用这些值，俯仰角α和侧倾角β的数字必须时刻更新。本发明采用双轴宽线性量程范围、高分辨率和温漂系数低的陶瓷基体电解质传感器，测量俯仰角α和侧倾角β，侧倾角β数值经过电路板上的温度传感器补偿后得出的。需要说明的是，本发明的电子罗盘104角度传送频率与三轴陀螺仪传感器103一致，每50ms传送一次。

所述信号分析模块105，设置在所述天线中轴底端的底座107中，用于通过DSP芯片对采集到的干扰信号进行处理分析，得到所述干扰信号对应的信号波形，并将所述GPS天线102、所述三轴陀螺仪传感器103和所述电子罗盘104测量得到的数据，以及所述信号波形发送到服务器进行存储。

在本发明中，信号分析模块105通过使用数字信号处理器（Digital SignalProcessing，简称DSP）芯片，分析定向天线组收集的干扰信号，从而输出对应的信号波形，通过该波形信号可得到干扰信号的信号频率和信号强度等信息；在本发明中，在对信号进行分析前，需要先对信号进行预处理，具体为：使用信号分析模块105中的隔离放大器和滤波器，对接收到的干扰信号做隔离和滤波；其次对隔离滤波后的干扰信号做抽样和模数转换；再次通过GPS时钟辅助DSP芯片，对信号进行处理和计算输出；最后对计算输出的数据进行分析。

在本发明中，采用的DSP芯片是一种可编程的高性能处理模块，主要通过快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，简称FFT）进行运算进行信号处理，DSP芯片进行信号分析计算流程具体如下：首先需要通过对输出的信号进行分析，通过输入的信号和时钟进行步长运算，输出当前波形值；其次对当前的波形值通过FFT运算，进行功率谱分析，输出干扰信号的频谱分析结果。

在一实施例中，本发明的信号分析模块105中还设置有定位单元，图4为本发明提供的定位单元的结构示意图，可参考图4所示，定位单元主要是由带通滤波器、A/D转换器和SPI接口电路依次串联组成的，其主要功能是将陀螺仪和电子罗盘等传感器测量的天线装置的转速和角度等信息，先通过滤波采样，然后将采集到的模拟信号进行模数转换，通过串行方式输出至数据分析模块105。

在本发明中，陀螺仪与电子罗盘测量天线方位信息，GPS输出位置信息和时间信息，天线输出干扰信号强度，转动电机的设定参数和功率，这些数据通过数据接口进行整合，包括信号抽样和模数转换，最终通过信号分析模块105输出得到定向天线组中四根天线接收到的干扰信号强度、同步时间以及四根天线对应的方向。

本发明提供的天线装置，通过定向天线组与陀螺仪和电子罗盘进行配合，能精确输出干扰信号的强度与方位，为测试的干扰信号进行高精度定向。

在上述实施例的基础上，所述天线中轴106的底端连接有转动电机108，所述转动电机108用于对所述天线中轴106的转速进行调节。

在本发明中，采用变频电机，根据功率=转速*力矩，通过计算功率的1.5倍选择合适电机进行电机匹配，可并通过频率调整电机转速。具体地，在本发明中，转动电机108的转速分为高、中和低三挡，分别为20°/s，40°/s和60°/s，由于电子罗盘104与三轴陀螺仪传感器103上报周期为50ms，所以方位上报周期为1°，2°和3°；满足本发明定向天线组定位角度偏差6°以内的要求。

在上述实施例的基础上，所述天线中轴106的顶端设置有无线传送模块109，用于将获取到的数据通过无线传输的方式发送到服务器，所述无线传送模块109包括WiFi模组、4G模组和5G模组。

在本发明中，通过无线传送模块109将分析处理后的数据传送到服务器或数据分析平台（可基于天线装置采集的数据实现干扰信号的定位），也可通过数据线111进行有线传送。在一实施例中，进行数据传输时，首先需要将信号变成串行标准信号，然后根据设置的结果，选择数据发送方式，数据发送支持存储、USB和蓝牙无线传送3种模式。

在上述实施例的基础上，所述天线装置还包括外罩110，该外罩110为塑料网材质，用于保护定向天线组101，并稳定天线中轴106在转动时的状态。除此之外，底座107除了容纳信号分析模块105和转动电机108之外，其外壳上还设置有固定螺孔，用于将天线装置固定在相应的移动载体上。在本发明中，天线装置可装置太阳能电板提供电源，也可通过电源线112使用12V直流电源。

图5为本发明提供的移动通信干扰信号定位方法的流程示意图，如图5所示，本发明提供了一种基于上述实施例的天线装置的移动通信干扰信号定位方法，包括：

步骤501，对天线装置测量得到的信号数据进行处理，得到每根天线在不同采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值，所述信号数据包括GPS信号、三轴陀螺仪传感器信号、电子罗盘信号和干扰信号波形。

在本发明中，图6为本发明提供的多个定位天线组的干扰信号筛选示意图，可参考图6所示，对于天线装置中多个定向天线组采集到的干扰信号（对于单个定向天线组，其筛选方式和多个定向天线组相同），首先进行干扰源筛选，将定向天线组内有任一天线干扰信号强度大于预设阈值（RSSI＞-100dBm）的点认定为干扰信号；然后，按测量干扰的中心频点不同，将这些点聚类分开，从而对测试到的干扰数据进行干扰源聚类筛选。

进一步地，根据天线1~4相互垂直，且逆时针排列，可以得出有天线1（方向）=天线2（方向）+90°=天线3（方向）+180°=天线4（方向）+270=角平分线（天线1方向，天线2方向）+45°角平分线（天线2方向，天线3方向）+135°=角平分线（天线4方向，天线3方向）+225°=角平分线（天线1方向，天线4方向）+315°的相互关系。

步骤502，根据预设定向规则，对定向天线组中每根天线在同一采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值进行判断，并根据判断结果，得到在多个采集点位置处的干扰信号的干扰方向。

在本发明中，对于干扰源筛选出来的干扰点位，根据频率区分干扰源，分别对相同中心频率下的干扰点进行定向分析。本发明中天线接收到的干扰信号RSSI值相等条件设定为：由于移动中天线接收信号容易出现抖动，设定两根天线接收RSSI值相等的条件是天线接收信号＞-100dBm且相差在2dBm以内，即认为两天线接收RSSI值相等；天线接收到的干扰信号RSSI值为0的条件设定为：由于环境底噪的因素天线不可能接收功率绝对为零，设定天线接收RSSI值为0的条件是天线接收信号＜-110dBm，即认为天线接收RSSI值为0。

进一步地，在同一时刻内，4根天线的中任一相邻两根天线，例如，天线1和天线2的接收信号RSSI＞-100dBm，且天线1（RSSI）=天线2（RSSI），则干扰来波方向为这两根天线的角平分线方向或者角平分线反向延长线方向；然后，检查另两根天线3和天线4的接收信号强度，如果天线3（RSSI）=天线4（RSSI），且接收信号RSSI小于天线1和天线2，或者天线3（RSSI）=天线4（RSSI）=0，则来波方向为天线1和天线2的角平分线；如果天线3（RSSI）=天线4（RSSI），且接收信号RSSI大于天线1和天线2，则来波方向为天线1和天线2的角平分线反向延长线上。

进一步地，在同一时刻内，4根天线的中任一不相邻的两根天线，例如，天线1和天线3的接收信号RSSI＞-100dBm，且天线1（RSSI）=天线3（RSSI），则分析另两根天线2与天线4的接收信号RSSI，将RSSI值较大的那根天线方向作为干扰来波方向；最后，通过陀螺仪和电子罗盘校正定向的天线1的角度，即可推出任一个位置点在这个频率下的干扰方向。需要说明的是，本发明将天线1作为参考天线，陀螺仪与电子罗盘锁定天线1，陀螺仪测量转速，周期上报，根据天线方位角=转速*采样时间；电子罗盘与陀螺仪的上报周期一致，定周期上报天线的方向角度；陀螺仪与电子罗盘互为应证可以定位和校正角度；由于天线组的4个天线垂直放置，所以通过天线1的方位可以得出其他天线的方向。图7为本发明提供的干扰信号定向示意图，基于本发明的天线装置对干扰信号进行定向可参考图7所示。在定向天线组内设置了4根定向天线，利用双天线测向原理，通过4天线改良了双天线需要定点测试的问题，使得在任意点同时完成天线角平分线和角平分线反向延长线方向的判断，使天线装置可以进行移动测试，并不影响测向精度。

步骤503，根据多个干扰方向和预设定向方向误差，获取干扰方向之间的交点阴影，将满足预设交点聚类条件的交点阴影保留，并将保留的交点阴影对应的位置信息呈现在地图上，得到所述干扰信号的定位区域。

在本发明中，选用的天线参数在天线方向与干扰信号方向在45°±3°时，天线接收功率差大于2db，所以定向方向误差在6°以内，即当两点定向时，干扰源一定在定向方向±3°的两个扇形相交的阴影面积内。图8为本发明提供的干扰信号定位阴影示意图，通过干扰信号的定向结果构建得到交点阴影可参考图8所示。优选地，为保证交叉定位精度，本发明选取阴影长宽小于50M*50M的定向交叉点作为精准定位点。

进一步地，对每个不同方位线的交点阴影进行叠加分析，如果上述交点的阴影干扰区域与其他交点的干扰阴影有叠加交集，且数量大于3个，则此交点保留，将不满足此条件的阴影交点舍弃。图9为本发明提供的交点阴影聚类后的示意图，满足条件的交点阴影的聚类点可参考图9所示。最后，对于上述得到的海量干扰源聚类后的定向干扰点，针对不同的频率，对地图进行50M*50M网格分析，可设定按网格内交点数量多少选取问题网格，网格内交点数量多少可调，基于海量数据，本发明将网格交点≥10作为问题网格结合地图呈现，交点数量＜10作为疑似问题网格备选，如果无满足条件网格可适降低交点数量要求输出全网问题网格：例如，如果数据过多造成网格过于分散也可提高交点数量要求输出全网问题网格。

本发明提供的移动通信干扰信号定位方法，通过定向天线组与陀螺仪和电子罗盘进行配合，能精确输出干扰信号的强度与方位，为测试的干扰信号进行高精度定向，提高了干扰定向测试的指向性，并通过多个干扰方向对干扰信号定位，能实时精确定位当前网络的干扰所在区域，提高了干扰源的定位精度。

在上述实施例的基础上，所述根据预设定向规则，对定向天线组中每根天线在同一采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值进行判断，并根据判断结果，得到在多个采集点位置处的干扰信号的干扰方向，包括：

基于三轴陀螺仪传感器采集的角速度信息，获取参考天线的角度信息，并根据定向天线组的排列位置，按逆时针或顺时针，分别获取其他三根天线的角度信息；

在同一采集时刻内，若任意两根相邻天线接收到的干扰信号RSSI值相等，且另外两根相邻天线的干扰信号RSSI值相等，则将干扰信号RSSI值大的两根相邻天线的角度信息对应的角平分线方向作为干扰方向；或将干扰信号RSSI值小的两根相邻天线的角度信息对应的角平分线反向延长线方向作为干扰方向；

若任意两根不相邻天线接收到的干扰信号RSSI值相等，则获取另外两根不相邻天线的干扰信号RSSI值，并将目标天线的角度信息对应的方向作为干扰方向；其中，所述目标天线为另外两根不相邻天线中接收到的干扰信号RSSI值大的天线。

在上述实施例的基础上，所述根据多个干扰方向和预设定向方向误差，获取干扰方向之间的交点阴影，将满足预设交点聚类条件的交点阴影保留，并将保留的交点阴影对应的位置信息呈现在地图上，得到所述干扰信号的定位区域，包括：

根据预设定向方向误差，对干扰方向进行角度调整，并根据角度调整后的干扰方向构建交点阴影，所述预设定向方向误差为±3°；

获取每个交点阴影之间的叠加数量，将所述叠加数量满足预设交点聚类条件的交点阴影进行保留；

根据位置信息，将保留的交点阴影聚类在地图上，得到干扰信号的定位区域。

在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

根据转动电机的最长起动时长，构建三轴陀螺仪传感器和电子罗盘的数据测量稳定时长；

当所述三轴陀螺仪传感器和所述电子罗盘的持续测量时长超过所述数据测量稳定时长之后，按照预设校正时长，对所述三轴陀螺仪传感器和所述电子罗盘进行周期校正。

在本发明中，由于物体运动初期，电流变化较大，电子罗盘受到的干扰影响较大，所以电子罗盘需要等物体处于稳定状态时精度较高。所以短期角度测量陀螺仪精度较高，稳定状态下电子罗盘精度较高。基于上述原理，本发明将三轴电子罗盘和三维陀螺仪配合使用，提供测量干扰信号的方向，具体过程为：为了避免后期转换，三维陀螺仪与三维电子罗盘的坐标系需一致，即设备安装时约定各自X轴垂直于天线1向前，Y轴平行于天线1向右，Z轴平行于天线1向上；初始天线方位角以陀螺仪通电输出的初始电平值对应角度为准；由于转动电机启动到稳定状态需要时间，可以用下列公式估算电动机的最长起动时间：

；

其中，Pe表示电动机的额定功率，单位为kW；Tmax表示电动机最长起动时间，单位为秒。

本发明考虑到电机初始除了转速还有发热现象，设定电子罗盘转速和温度稳定读取时间为Tmax+300秒，即Tmax+300秒以内以陀螺仪测量的数据为准，之后陀螺仪每60秒和电子罗盘比照校正一次。通过数据中的定向校正，可为精确得出天线1的方向。

在一实施例中，对于干扰信号的定向定位所需的输入数据如表1所示：

表1

进一步地，对本发明的整体方案进行说明，具体步骤为：

步骤S1，现网安装小型化干扰信号采集装置（即本发明的天线装置），可安装在多种移动载体（汽车、火车、轮船、无人机）上（也可固定安装，本发明以可移动载体进行说明，固定安装的定向定位实现方式可参考以下步骤）；

步骤S2，打开该装置电源，设定电机转速为40°每秒，此时装置开始自动测试，电子罗盘和陀螺仪每50ms回传一次方位，干扰分析数据和GPS数据实时采集；

步骤S3，所有数据通过接口转换后，利用数据线或4G/5G/WIFI对数据进行有线或无线回传；

步骤S4，对回传数据进行干扰数据筛选，任一天线干扰信号强度大于阈值（RSSI＞-100dBm）的点认定为干扰信号；

步骤S5，按测量干扰的中心频点不同，将干扰信号点聚类分开；

步骤S6，对干扰点的方位角度进行校正，设定电子罗盘转速和温度稳定读取时间为Tmax+300秒，即Tmax+300秒以内以陀螺仪测量的数据为准，之后陀螺仪每60秒和电子罗盘比照校正一次。通过数据中的定向校正，可为精确得出任一天线的方向。再根据天线1~4相互垂直，且逆时针排列，可以得出有天线1（方向）=天线2（方向）+90°=天线3（方向）+180°=天线4（方向）+270=角平分线（天线1方向，天线2方向）+45°角平分线（天线2方向，天线3方向）+135°=角平分线（天线4方向，天线3方向）+225°=角平分线（天线1方向，天线4方向）+315°的相互关系，即可得出接收到干扰信号所有干扰点的定向天线组4根天线方位；

步骤S7，筛选出同一时刻内，4根天线的中任一相邻两根天线1和天线2的接收信号RSSI＞-100dBm，且天线1（RSSI）=天线2（RSSI）的点，检查另两根天线3和天线4的接收信号强度，如果天线3（RSSI）=天线4（RSSI），且接收信号RSSI小于1和天线2，或者天线3（RSSI）=天线4（RSSI）=0，则来波方向为天线1和天线2的角平分线；如果天线3（RSSI）=天线4（RSSI），且接收信号RSSI大于1和天线2，则来波方向为天线1和2的角平分线反向延长线上；

步骤S8，筛选出同一时刻内，4根天线的中任一不相邻的两根天线1和天线3的接收信号RSSI＞-100dBm，且天线1（RSSI）=天线3（RSSI），则分析另两根天线2与天线4的接收信号RSSI，将RSSI值大的那根天线方向作为干扰来波方向；

步骤S9，输出符合条件点的方向图；

步骤S10，任意两点定向方向上下浮动两度进行交叉分析，筛选出阴影长宽小于50*50的交点；

步骤S11，对满足步骤S10的交点阴影做叠加分析，如果上述交点阴影干扰区域与其他交点的干扰阴影有叠加交集，且数量大于3个，则此交点保留，不满足此条件的交点取消；

步骤S12，对于步骤S11得到的海量干扰源聚类后的定向干扰点，针对不同的频率，根据定向干扰点的位置信息，对地图进行50M*50M网格分析，可设定按网格内交点数量多少选取问题网格，网格内交点数量多少可调，基于海量数据，对满足设定阈值的问题网格结合地图呈现；

步骤S13，输出现网的整体干扰分析报告，全面分析现网内各频段内的干扰问题现状，提供材料支撑。并结合分析的干扰源定位区域形成干扰排查工单，下发执行。

图10为本发明提供的移动通信干扰信号定位系统的结构示意图，如图10所示，本发明提供了一种基于上述实施例的天线装置的移动通信干扰信号定位系统，包括信号处理模块1001、定向模块1002和定位模块1003，其中信号处理模块1001用于对天线装置测量得到的信号数据进行处理，得到每根天线在不同采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值，所述信号数据包括GPS信号、三轴陀螺仪传感器信号、电子罗盘信号和干扰信号波形；定向模块1002用于根据预设定向规则，对定向天线组中每根天线在同一采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值进行判断，并根据判断结果，得到在多个采集点位置处的干扰信号的干扰方向；定位模块1003用于根据多个干扰方向和预设定向方向误差，获取干扰方向之间的交点阴影，将满足预设交点聚类条件的交点阴影保留，并将保留的交点阴影对应的位置信息呈现在地图上，得到所述干扰信号的定位区域。

在本发明中，移动通信干扰信号定位系统主要分为信号处理模块1001、定向模块1002和定位模块1003，信号处理模块1001可设置在移动载体上，通过对干扰信号的分析和定向，快速定位干扰信号位置，回传到定向模块1002和定位模块1003，对网络整体无线干扰进行监控。信号处理模块1001主要接收和对干扰信号的分析呈现和同步，并通过接口传送收集到的信息；定向模块1002和定位模块1003主要对信号处理模块1001处理发送的数据和地理基础数据进行分析，定位干扰源位置，输出网络内整体干扰情况。具体地，定向模块1002通过接口模块从主设备（天线装置）获取干扰信号强度信息、经纬度和干扰方向信息，定位模块1003结合导入的地图等基础数据，通过专门的定位算法进行分析，计算出干扰信号定位的位置，并发送给显示模块。最后，显示模块将接收到干扰信号定位位置信息结合GIS地图进行图形化显示，显示包括信号方向雷达图、信号强度轨迹的呈现。

本发明提供的移动通信干扰信号定位系统，通过定向天线组与陀螺仪和电子罗盘进行配合，能精确输出干扰信号的强度与方位，为测试的干扰信号进行高精度定向，提高了干扰定向测试的指向性，并通过多个干扰方向对干扰信号定位，能实时精确定位当前网络的干扰所在区域，提高了干扰源的定位精度。

本发明提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。

图11为本发明提供的电子设备的结构示意图，如图11所示，该电子设备可以包括：处理器（processor）1101、通信接口（CommunicationsInterface）1102、存储器（memory）1103和通信总线1104，其中，处理器1101，通信接口1102，存储器1103通过通信总线1104完成相互间的通信。处理器1101可以调用存储器1103中的逻辑指令，以执行移动通信干扰信号定位方法，该方法包括：对天线装置测量得到的信号数据进行处理，得到每根天线在不同采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值，所述信号数据包括GPS信号、三轴陀螺仪传感器信号、电子罗盘信号和干扰信号波形；根据预设定向规则，对定向天线组中每根天线在同一采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值进行判断，并根据判断结果，得到在多个采集点位置处的干扰信号的干扰方向；根据多个干扰方向和预设定向方向误差，获取干扰方向之间的交点阴影，将满足预设交点聚类条件的交点阴影保留，并将保留的交点阴影对应的位置信息呈现在地图上，得到所述干扰信号的定位区域。

此外，上述的存储器1103中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的移动通信干扰信号定位方法，该方法包括：对天线装置测量得到的信号数据进行处理，得到每根天线在不同采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值，所述信号数据包括GPS信号、三轴陀螺仪传感器信号、电子罗盘信号和干扰信号波形；根据预设定向规则，对定向天线组中每根天线在同一采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值进行判断，并根据判断结果，得到在多个采集点位置处的干扰信号的干扰方向；根据多个干扰方向和预设定向方向误差，获取干扰方向之间的交点阴影，将满足预设交点聚类条件的交点阴影保留，并将保留的交点阴影对应的位置信息呈现在地图上，得到所述干扰信号的定位区域。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的移动通信干扰信号定位方法，该方法包括：对天线装置测量得到的信号数据进行处理，得到每根天线在不同采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值，所述信号数据包括GPS信号、三轴陀螺仪传感器信号、电子罗盘信号和干扰信号波形；根据预设定向规则，对定向天线组中每根天线在同一采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值进行判断，并根据判断结果，得到在多个采集点位置处的干扰信号的干扰方向；根据多个干扰方向和预设定向方向误差，获取干扰方向之间的交点阴影，将满足预设交点聚类条件的交点阴影保留，并将保留的交点阴影对应的位置信息呈现在地图上，得到所述干扰信号的定位区域。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种移动通信干扰信号定位方法，其特征在于，包括：

对天线装置测量得到的信号数据进行处理，得到每根天线在不同采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值，所述信号数据包括GPS信号、三轴陀螺仪传感器信号、电子罗盘信号和干扰信号波形；

根据预设定向规则，对定向天线组中每根天线在同一采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值进行判断，并根据判断结果，得到在多个采集点位置处的干扰信号的干扰方向；

根据多个干扰方向和预设定向方向误差，获取干扰方向之间的交点阴影，将满足预设交点聚类条件的交点阴影保留，并将保留的交点阴影对应的位置信息呈现在地图上，得到所述干扰信号的定位区域；

所述根据预设定向规则，对定向天线组中每根天线在同一采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值进行判断，并根据判断结果，得到在多个采集点位置处的干扰信号的干扰方向，包括：

基于三轴陀螺仪传感器采集的角速度信息，获取参考天线的角度信息，并根据定向天线组的排列位置，按逆时针或顺时针，分别获取其他三根天线的角度信息；

在同一采集时刻内，若任意两根相邻天线接收到的干扰信号RSSI值相等，且另外两根相邻天线的干扰信号RSSI值相等，则将干扰信号RSSI值大的两根相邻天线的角度信息对应的角平分线方向作为干扰方向；或将干扰信号RSSI值小的两根相邻天线的角度信息对应的角平分线反向延长线方向作为干扰方向；

若任意两根不相邻天线接收到的干扰信号RSSI值相等，则获取另外两根不相邻天线的干扰信号RSSI值，并将目标天线的角度信息对应的方向作为干扰方向；其中，所述目标天线为另外两根不相邻天线中接收到的干扰信号RSSI值大的天线；

所述天线装置包括定向天线组、GPS天线、三轴陀螺仪传感器、电子罗盘和信号分析模块，其中：

所述定向天线组用于采集干扰信号，是由4根相同的天线围绕天线中轴的同一水平面周向排列组成的，且每个相邻的天线相互垂直；

所述GPS天线，设置在所述天线中轴的顶端，用于在所述定向天线组采集干扰信号时，测量采集点的位置信息和时间信息，并通过所述时间信息对所述天线装置采集的数据进行时间同步；

所述三轴陀螺仪传感器，设置在所述天线中轴，用于在所述天线中轴转动时，测量参考天线的角速度信息，所述参考天线是从所述定向天线组的任一天线中预先设置的；

所述电子罗盘，设置在所述天线中轴，用于在所述天线中轴转动时，测量所述参考天线的运动方向角度；

所述信号分析模块，设置在所述天线中轴底端的底座中，用于通过DSP芯片对采集到的干扰信号进行处理分析，得到所述干扰信号对应的信号波形，并将所述GPS天线、所述三轴陀螺仪传感器和所述电子罗盘测量得到的数据，以及所述信号波形发送到服务器进行存储。

2.根据权利要求1所述的移动通信干扰信号定位方法，其特征在于，所述根据多个干扰方向和预设定向方向误差，获取干扰方向之间的交点阴影，将满足预设交点聚类条件的交点阴影保留，并将保留的交点阴影对应的位置信息呈现在地图上，得到所述干扰信号的定位区域，包括：

根据预设定向方向误差，对干扰方向进行角度调整，并根据角度调整后的干扰方向构建交点阴影，所述预设定向方向误差为±3°；

获取每个交点阴影之间的叠加数量，将所述叠加数量满足预设交点聚类条件的交点阴影进行保留；

根据位置信息，将保留的交点阴影聚类在地图上，得到干扰信号的定位区域。

3.根据权利要求1所述的移动通信干扰信号定位方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据转动电机的最长起动时长，构建三轴陀螺仪传感器和电子罗盘的数据测量稳定时长；

当所述三轴陀螺仪传感器和所述电子罗盘的持续测量时长超过所述数据测量稳定时长之后，按照预设校正时长，对所述三轴陀螺仪传感器和所述电子罗盘进行周期校正。

4.根据权利要求1所述的移动通信干扰信号定位方法，其特征在于，所述天线中轴的底端连接有转动电机，所述转动电机用于对所述天线中轴的转速进行调节。

5.根据权利要求1所述的移动通信干扰信号定位方法，其特征在于，所述天线中轴的顶端设置有无线传送模块，用于将获取到的数据通过无线传输的方式发送到服务器，所述无线传送模块包括WiFi模组、4G模组和5G模组。

6.一种移动通信干扰信号定位系统，其特征在于，包括：

信号处理模块，用于对天线装置测量得到的信号数据进行处理，得到每根天线在不同采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值，所述信号数据包括GPS信号、三轴陀螺仪传感器信号、电子罗盘信号和干扰信号波形；

定向模块，用于根据预设定向规则，对定向天线组中每根天线在同一采集点位置处接收到的干扰信号RSSI值进行判断，并根据判断结果，得到在多个采集点位置处的干扰信号的干扰方向；

定位模块，用于根据多个干扰方向和预设定向方向误差，获取干扰方向之间的交点阴影，将满足预设交点聚类条件的交点阴影保留，并将保留的交点阴影对应的位置信息呈现在地图上，得到所述干扰信号的定位区域；

所述定向模块具体用于：

基于三轴陀螺仪传感器采集的角速度信息，获取参考天线的角度信息，并根据定向天线组的排列位置，按逆时针或顺时针，分别获取其他三根天线的角度信息；

在同一采集时刻内，若任意两根相邻天线接收到的干扰信号RSSI值相等，且另外两根相邻天线的干扰信号RSSI值相等，则将干扰信号RSSI值大的两根相邻天线的角度信息对应的角平分线方向作为干扰方向；或将干扰信号RSSI值小的两根相邻天线的角度信息对应的角平分线反向延长线方向作为干扰方向；

若任意两根不相邻天线接收到的干扰信号RSSI值相等，则获取另外两根不相邻天线的干扰信号RSSI值，并将目标天线的角度信息对应的方向作为干扰方向；其中，所述目标天线为另外两根不相邻天线中接收到的干扰信号RSSI值大的天线；

所述天线装置包括定向天线组、GPS天线、三轴陀螺仪传感器、电子罗盘和信号分析模块，其中：

所述定向天线组用于采集干扰信号，是由4根相同的天线围绕天线中轴的同一水平面周向排列组成的，且每个相邻的天线相互垂直；

所述GPS天线，设置在所述天线中轴的顶端，用于在所述定向天线组采集干扰信号时，测量采集点的位置信息和时间信息，并通过所述时间信息对所述天线装置采集的数据进行时间同步；

所述三轴陀螺仪传感器，设置在所述天线中轴，用于在所述天线中轴转动时，测量参考天线的角速度信息，所述参考天线是从所述定向天线组的任一天线中预先设置的；

所述电子罗盘，设置在所述天线中轴，用于在所述天线中轴转动时，测量所述参考天线的运动方向角度；

所述信号分析模块，设置在所述天线中轴底端的底座中，用于通过DSP芯片对采集到的干扰信号进行处理分析，得到所述干扰信号对应的信号波形，并将所述GPS天线、所述三轴陀螺仪传感器和所述电子罗盘测量得到的数据，以及所述信号波形发送到服务器进行存储。

7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述移动通信干扰信号定位方法的步骤。

8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述移动通信干扰信号定位方法的步骤。

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