CN114895324A - 用于输变电工程的北斗系统干扰方向实时监测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于输变电工程的北斗系统干扰方向实时监测装置及方法，属于输变电工程安全监测技术领域，所述装置包括多个北斗接收端和抗干扰模块。通过对北斗信号的信噪比进行分析，从而对北斗卫星信号的质量进行精确评估和判别。同时，通过按一定角度、方位和距离布设的北斗接收端，形成北斗信号感知的空间阵列，从不同方向采集、处理北斗信号，经综合分析后，确定是否存在信号干扰及信号干扰方向。

Description

用于输变电工程的北斗系统干扰方向实时监测装置及方法
技术领域
本发明属于输变电工程安全监测技术领域，具体涉及一种用于输变电工程的北斗系统干扰方向实时监测装置及方法。
背景技术
在输变电工程中的安全监测中，北斗定位监测系统发挥重要作用，如工程中的基础沉降监测、护坡位移监测、架杆偏移监测等，这些都依赖于北斗定位系统的良好运行，精确的位移监测需要信号源保持一定的准确性、稳定性，微小的数据差别可能会反映出截然不同的监测结果。如果在北斗信号源方面存在问题，如信号受到干扰或影响，则在基础数据方面出了问题，则后边的监测分析也会相应的出现偏差，导致监测结果不够准确，甚至误报警，所提供的偏差结果会影响管理人员的判断；因此，北斗信号源的质量和干扰来源判断成为北斗监测系统发挥良好作用的重要基础。在实际应用中，多数情况下对于信号干扰指标因素及干扰来源往往无法有效判定，甚至有些应用则没有深入考虑信号影响因素，导致北斗安全监测中常出现无信号、信号弱、信号偏差大等情况，甚至导致系统出现误报、误判，严重影响了安全监测质量和效果。
在输变电工程中，大量采用基于定位传感技术的安全监测，如基于GPS/北斗技术的工程基础安全监测、设备结构稳定性监测及移动目标位置监测等。常规技术方案中往往采取传感器的埋设或绑扎固定方式，实现前端数据采集。在高精度工程基础监测中，会采用深埋位移计/应立即或基础表面部署位移监测设备的方式。精确的位移监测对信号源的准确性、稳定性提出更高要求，而信号源的干扰对监测结果会造成一定的影响，设置影响对安全监测的结果判断。
在现有的技术方案中，存在以下缺陷：
1、现有北斗监测应用中，未对信号干扰因素进行考虑，导致监测结果不够准确，在系统设备安装布设后经常出现数据、监测异常，在系统运行中，由于缺乏北斗信号源的抗干扰监测，导致最终的数据分析结果出现了偏差，甚至产生误报、误判。
2、采用设置基准点的方式，通过两点设置监测基准来进行信号的处理与校准，但该种方式下，仍然没有解决信号源干扰的监测与判断，导致监测结果不准确。
3、由于未对信号源干扰进行有效监测和判断，导致日常监测中会出现数据异常、结果异常等情况，对北斗信号出现的异常情况往往缺乏有力的数据解释，因而又无法识别信号异常原因，频繁的人工现场处理，增加了维护难度，从影响了北斗安全监测的实际使用效果。
发明内容
本发明提供了用于输变电工程的北斗系统干扰方向实时监测装置及方法，明确判断北斗信号源存在的实际质量问题及存在信号干扰的具体方向，为北斗监测系统的合理布设提供依据。
为达到上述目的，本发明所述一种输变电工程环境下的北斗系统干扰方向实时监测的装置，包括多个沿圆周向排布的北斗接收端和抗干扰模块；所有北斗接收端均与抗干扰模块连接；所述北斗接收端用于接收北斗卫星信号，并将接收到的北斗卫星信号传递至抗干扰模块，所述抗干扰模块用于提取每一路北斗卫星信号的信噪比，并根据每一路北斗卫星信号的信噪比判断北斗信号是否异常。
进一步的，多个北斗接收端沿圆周方向均匀布置。
进一步的，多个北斗接收端共有四个，且沿圆周方向间隔90度依次设置。
进一步的，相邻的北斗接收端之间的间距为136厘米。
进一步的，多个北斗接收端布置在同一水平面上。
基于上述的监测装置的北斗系统干扰方向实时监测方法，包括以下步骤：
步骤1、多个北斗接收端同时接收北斗卫星信号，并进行预处理，将预处理后的信号传递至抗干扰模块5；
步骤2、抗干扰模块5提取所有接收到的北斗卫星信号的信噪比；
步骤3、计算不同北斗接收端接收到同一北斗卫星信号的信噪比均值，并根据信噪比均值计算信噪比标准差；
步骤4、根据北斗卫星信号的信噪比和信噪比标准差，逐一判断所有北斗接收端采集到的某一北斗卫星的信号是否异常：若某一北斗接收端的信号异常，则此刻该北斗接收端所在的方向为存在干扰的方向；若无异常，则该北斗卫星未受到干扰。
进一步的，步骤4中，当某一北斗卫星的信号的信噪比不在SNR±3σ范围内时，则北斗卫星的信号异常，SNR为不同北斗接收端接收到同一北斗卫星信号的信噪比均值，σ为信噪比标准差。
进一步的，步骤2至步骤4中，所有北斗接收端接收的北斗信号针对同一时刻数据进行计算。
进一步的，步骤1中，预处理包括低噪声放大和下变频处理。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
输变电的高压环境和运行过程中形成的电磁场会造成北斗接收机的信号弱，其运行过程中的突发电磁干扰会造成北斗接收信号的偏差和异常的现象，通过本发明，可以对输变电工程的北斗安全监测中出现的北斗卫星信号弱、信号偏差大、无信号等情况进行监测与分析，明确判断北斗信号源存在的实际质量问题及存在信号干扰的具体方向，为北斗监测系统的合理布设提供依据。同时，通过对北斗信号干扰的实时监测与判断，可对安全监测中出现的异常情况进行识别，避免误报，从而为正常、持续的北斗安全监测提供数据支持。
本发明所述的方法，基于北斗技术，前端装置模块实时接收北斗信号，通过北斗信号的信噪比和通过北斗空间阵列数据采集与处理，实时计算分析北斗信号干扰的来源方向。同时，可通过布设的北斗空间阵列，明确判断出信号干扰的方向。通过北斗信号质量和干扰分析，为北斗安全监测异常给出数据支持及合理解释，避免系统误报。
进一步的，再提取信噪比数据之前，对信号进行低噪声放大和下变频处理，提高输出的信噪比，将高频信号转换至中频，以利于同轴电缆的传输及卫星接收机的解调和工作。
附图说明
图1为本发明所述的装置示意图；
图2为本发明所述的方法流程图。
附图中：1-第一北斗接收端、2-第二北斗接收端、3-第三北斗接收端、4-第四北斗接收端、5-前端抗扰处理模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1，一种输变电工程环境下的北斗系统干扰方向实时监测的装置，包括第一北斗接收端1、第二北斗接收端2、第三北斗接收端3、第四北斗接收端4和抗干扰模块5。第一北斗接收端1、第二北斗接收端2、第三北斗接收端3、第四北斗接收端4均与抗干扰模块5连接。第一北斗接收端1、第二北斗接收端2、第三北斗接收端3、第四北斗接收端4安装在同一水平线。
抗干扰模块5通过对接收到的北斗信号的信噪比进行分析，从而对北斗卫星信号的质量进行精确评估和判别。同时，通过沿周向间隔90度依次布设的北斗接收端，形成北斗信号感知的空间阵列，从不同方向采集、处理北斗信号，经信噪比分析后，确定是否存在信号干扰及信号干扰方向。抗干扰模块5设置在四个北斗接收端形成的圆的圆心位置。
第一至第四北斗接收端按照上下左右四个方位的正方向布设，相互之间保持136厘米的距离，每个北斗接收端单独编号进行标记，独立运行，实时接收北斗信号，并对信号进行低噪声放大、下变频处理，再将信号实时上传至前端抗扰处理模块，在抗扰处理模块中实时对每一路北斗卫星信号进行信噪比数据信息提取，并对几路信号数据进行处理，判别其信号质量情况，并分析信号受到干扰的强度，对存在信号质量异常的方向进行标定。
一种输变电工程环境下的北斗系统干扰方向实时监测方法，基于上述输变电工程环境下的北斗系统干扰方向实时监测装置，包括以下步骤：
S1、第一北斗接收端1、第二北斗接收端2、第三北斗接收端3、第四北斗接收端4实时接收北斗卫星信号，并对信号进行低噪声放大、下变频处理，再将信号实时上传至前端抗扰处理模块5进行信噪比数据提取，在抗扰处理模块5中实时对某一时刻第一至第四北斗接收端接收到同一北斗卫星信号的信噪比数据记为：SNR1、SNR2、SNR3、SNR4，分别代表来自第一至第四接收端的北斗卫星的噪声序列值。
S2、计算该时刻下，第一至第四北斗接收端接收到的某一卫星信号的平均信噪比平均值SNR，计算公式如下：
Figure BDA0003515083610000061
可表示为：
Figure BDA0003515083610000062
S3、计算该时刻下，某一卫星的信噪比的标准差σ：
Figure BDA0003515083610000063
S4、判断所有接收端在该时刻的全部卫星信号的信噪比是否正常：
若4台接收端接收到的某一卫星信号信噪比存在4组以上标准差在SNR±3σ范围内的信号，则说明该接收端对应的北斗卫星不存在干扰；
否则，说明存在一定的干扰，通过已知的接收端的安装位置和标准差异常进行对应，得到干扰的方向和该干扰事件的卫星编号。
标准差异常的接收终端所在方位即是存在干扰的方向。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于输变电工程的北斗系统干扰方向实时监测装置，其特征在于，包括多个沿圆周向排布的北斗接收端和抗干扰模块；所有北斗接收端均与抗干扰模块连接；所述北斗接收端用于接收北斗卫星信号，并将接收到的北斗卫星信号传递至抗干扰模块，所述抗干扰模块用于提取每一路北斗卫星信号的信噪比，并根据每一路北斗卫星信号的信噪比判断北斗信号是否异常。
2.根据权利要求1所述的用于输变电工程的北斗系统干扰方向实时监测装置，其特征在于，所述多个北斗接收端沿圆周方向均匀布置。
3.根据权利要求1或2所述的用于输变电工程的北斗系统干扰方向实时监测装置，其特征在于，所述多个北斗接收端共有四个，且沿圆周方向间隔90度依次设置。
4.根据权利要求3所述的用于输变电工程的北斗系统干扰方向实时监测装置，其特征在于，所述相邻的北斗接收端之间的间距为136厘米。
5.根据权利要求1所述的用于输变电工程的北斗系统干扰方向实时监测装置，其特征在于，所述多个北斗接收端布置在同一水平面上。
6.基于权利要求1所述的监测装置的北斗系统干扰方向实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、多个北斗接收端同时接收北斗卫星信号，并进行预处理，将预处理后的信号传递至抗干扰模块5；
步骤2、抗干扰模块5提取所有接收到的北斗卫星信号的信噪比；
步骤3、计算不同北斗接收端接收到同一北斗卫星信号的信噪比均值，并根据信噪比均值计算信噪比标准差；
步骤4、根据北斗卫星信号的信噪比和信噪比标准差，逐一判断所有北斗接收端采集到的某一北斗卫星的信号是否异常：若某一北斗接收端的信号异常，则此刻该北斗接收端所在的方向为存在干扰的方向；若无异常，则该北斗卫星未受到干扰。
7.根据权利要求6所述的北斗系统干扰方向实时监测方法，其特征在于，所述步骤4中，当某一北斗卫星的信号的信噪比不在SNR±3σ范围内时，则北斗卫星的信号异常，SNR为不同北斗接收端接收到同一北斗卫星信号的信噪比均值，σ为信噪比标准差。
8.根据权利要求6所述的北斗系统干扰方向实时监测方法，其特征在于，所述步骤2至步骤4中，所有北斗接收端接收的北斗信号针对同一时刻数据进行计算。
9.根据权利要求6所述的北斗系统干扰方向实时监测方法，其特征在于，所述步骤1中，预处理包括低噪声放大和下变频处理。
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