专利名称：室外天线姿态检测装置及检测方法
技术领域：
本发明属于天线技术领域，特别是一种天线姿态检测装置及方法，利用磁场方向传感器模块和重力加速度方向传感器计算室外天线的安装位置及方向，利用GPS模块检测室外天线的物理位置及变化方向，可用于对室外天线的各个方向的姿态进行全方位检测。
背景技术：
近几年，随着无线语音、数据等业务的海量增加，移动、联通及电信三大运营商的室外天线的安装和维护替换的数量也在迅速增加，为了更好地为用户服务，使无线的空中信号在各个深度区域传播质量更好，各种频段的无线信号场强和信号在空间的传输更加稳定。天线摆放位置和日常运行维护是各个运用商每年都必须投入大量资金和人力的主要方向，各大运营商每年在全国范围内都要经常对室外天线进行不间断的巡检和测试，以防因为天线被盗走或由于高空大风吹歪天线影响信号的有效覆盖，影响用户的正常业务，不仅维护金额巨大，而且浪费人力。室外天线检测装置不仅为运营商减少了维护检测方面的人力负担和资金负担，还能将室外正在使用的天线的各个姿态的状态实时传到网管中心为用户提供实时的状态信息，使运营商能够及时知道天线的状态和好坏，合理的对天线进行姿态调整和替换，而且室外天线检测装置为工程施工方提供方便快捷的安装方式。目前室外天线检测装置，只能检测室外天线的高度和机械下倾角，不能对天线的所有状态包括水平方位角、垂直机械下倾角、垂直横滚角进行实时的检测。如果因意外情况，使天线在横滚角方向和水平方位角发生剧烈变化时，运营商将无法及时获取有效状态信息并迅速定点维护，从而造成天线覆盖的区域发生变化，导致客户手机或无线终端大面积瘫痪，产生无法估量的损失；本发明的目的在于针对上述已有技术存在的不足，提供一种室外天线检测装置， 以通过对磁场方向的监测和校正，计算天线水平方位角的变化，通过对标准的重力加速度方向的监测和校正，计算天线横滚角和机械下倾角的精准变化，通过对天线GPS的监测计算出天线物理位置变化，从而实现对天线各个方向的姿态进行全面检测，为用户提供实时的状态检测信息，便于用户实时发现室外天线的异常情况及迅速维护。为实现上述目的，本发明的检测装置包括悬挂板1、悬挂上盖板3、控制主板7、内置结构支架8、悬挂下盖板12、壳体顶板6、壳体底板11、和壳体17 ；控制主板7固定在结构支架8上，结构支架8固定在壳体底板11上，壳体顶板6与悬挂上盖板3固定连接，壳体底板11与悬挂下盖板12固定连接，悬挂上盖板3和悬挂下盖板12分别与悬挂板1固定连接， 壳体顶板6、壳体底板11、和壳体17之间相互扣合形成一体结构；所述的控制主板7，包括无线网卡用于发送和接收无线信号模块；磁场传感器模块用于检测以地球磁场方向为基准的天线在三维空间的XI、YU Zl轴方向的实时变化信息，传输给主控芯片CPU ；重力加速度传感器模块用于检测以重力加速度方向为基准的天线在三维空间的X2、Y2、Z2轴方向的实时变化信息，传输给主控芯片CPU ；GPS模块用于检测天线的物理位置的变化信息，传输给主控芯片CPU ；主控芯片CPU 用于对磁场传感器模块、重力加速度传感器模块、GPS模块传输实时信息进行分析，分别计算出天线水平方位角的角度变化、机械下倾角、横滚角的角度变化、物理位置的偏移和天线实际海拔高度的变化，并将计算信息通过无线网卡以无线信号的方式发送给远端网管中心。上述室外天线姿态检测装置，其中壳体17是铝合金材质的长方体结构。上述室外天线姿态检测装置，其中壳体底板11上设有两个外接孔，分别是第一外接孔10和第二外接孔13，第一外接孔10连接外部电源和工业标准的485数据信号线；第二外接孔13用于与基站内的其他天线配置的室外天线检测装置相连接。上述室外天线姿态检测装置，其中，悬挂板1、悬挂上盖板3、内置结构支架8、悬挂下盖板12、壳体顶板6、壳体底板11和壳体17均采用5052的铝合金材质。上述室外天线姿态检测装置，其中悬挂板1的两边设有U型安装孔19。为实现上述目的，本发明的检测方法包括如下步骤1)将检测装置固定在室外天线的背板上，使检测装置与天线安装方向同向，壳体底板和天线的下端口的方向一致；2)当室外天线发生水平方向转动时，磁场传感器模块将检测到的以地球磁场方向为基准的天线在三维空间的XI、YU Zl轴方向的变化信息传输到主控芯片CPU，主控芯片 CPU计算出天线水平方向方位角的角度变化值A = Tan(AYl/Zl),其中Tan为角度换算函数，Δ Yl为主控芯片CPU得到的磁场传感器模块连续多次传输的Yl轴方向的变化向量；3)当室外天线发生垂直方向的机械下倾角或横滚角的转动时，重力加速度传感器模块将检测到的以重力加速度方向为基准的天线在三维空间的X2、Y2、Z2轴方向的变化信息传输到主控芯片CPU，主控芯片CPU计算出天线垂直方向下的机械下倾角角度变化值B和横滚角的角度变化值C:B = Tan ( Δ Υ2/Ζ2)，C = Tan ( Δ Χ2/Ζ2)，ΔΥ2为主控芯片CPU得到的重力加速度传感器模块连续多次传输的Y2轴方向的变化向量，Δ Χ2为主控芯片CPU得到的重力加速度传感器模块连续多次传输的X2轴方向的变化向量；4)当室外天线发生物理位置的偏移时，GPS模块将检测经度、纬度、高度参数信息传输到主控芯片CPU，主控芯片CPU根据参数的差值变化，得到室外天线的物理位置，即天线的实际变化范围；5)主控芯片CPU将上述步骤3)-4)得到的信息通过无线网卡发送到远端网管中心，为用户提供及时有效的数据参考。本发明具有如下优点(1)本发明由于采用磁场传感器模块，以地球的标准磁场N极作方向作为参考标准，因此在任何地方测出的天线水平方向的方位角值都是有效的和真实的；(2)本发明由于采用磁场传感器模块采集天线方位角的变化向量，当天线方位角发生细微变化，磁场传感器模块将检测到精确的XI、YU Zi三轴方向的变化向量传输给主控CPU，有效监控天线水平方位角的变化，检测精度最小到1度；(3)本发明由于采用重力加速度传感器模块，以地球的重力加速度方向作为参考标准，因此在任何地方测出的天线垂直方向的横滚角和机械下倾角都是有效地和真实的。(4)本发明由于采用重力加速度传感器模块采集天线机械下倾角和横滚角变化的向量，当天线机械下倾角或横滚角发生细微变化，重力加速度传感器模块将检测到精确的 X2、Y2和Z2轴方向的变化向量并传输给主控CPU，能有效监控天线机械下倾角和横滚角的变化，检测精度最小到1度。(5)本发明由于结构安装采用壳体顶板6、壳体底板11、和壳体17之间相互扣合形成的一体结构，且在壳体顶板6和壳体底板11的边沿均有凹槽，能够精确的将壳体17卡入到凹槽，有效阻止外界环境下雨水的侵蚀。(6)本发明由于所有安装结构件的材质都是由5052的铝合金构成，能对电场起屏蔽作用，有效减小由于电场磁化对控制主板7内磁场传感器模块的干扰。(7)本发明由于悬挂板1的两边设有U型安装孔19，可以有效适应天线背后不同尺寸间距的固定螺丝的安装。(8)本发明由于所有安装结构件的材质都是由铝合金构成，具有良好的散热功能， 按照国家工信部对室外设备温度规定，在标准室外环境下膨胀变形系数为0. 0000236毫米，符合控制主板7的结构要求。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的侧面视图；图3为本发明的底部面视图；图4为本发明的控制主板7的内部模块原理图；图5为本发明的测试流程图。
具体实施例方式参照图1、图2和图3，本发明的室外天线姿态检测装置包括悬挂板1、悬挂上盖板3、控制主板7、内置结构支架8、悬挂下盖板12、壳体顶板6、壳体底板11和壳体17，其中， 控制主板7通过螺丝9和垫片16固定在结构支架8上，结构支架8通过螺丝15固定在壳体底板11上，壳体顶板6、壳体底板11、和壳体17之间相互扣合形成一体结构；为防止雨水侵蚀壳体顶板6和悬挂上盖板3之间夹带一层橡胶皮垫5，该橡胶皮垫5与壳体顶板6、悬挂上盖板3和壳体17之间通过螺丝4固定连接；壳体底板11、悬挂下盖板12和壳体17之间通过螺丝18固定连接；悬挂上盖板3和悬挂下盖板12分别通过螺丝2和螺丝14与悬挂板1 固定连接，悬挂板1的两边设有U型安装孔19，可以有效适应天线背后不同尺寸间距的固定螺丝的安装，以上天线检测装置除了控制主板7外，其他结构件均采用5052的铝合金材质， 壳体17、壳体顶板6和壳体底板11外表面上涂覆有厚度为10 20 μ的绝缘的耐磨涂层， 耐磨涂层具有防腐和导热性能；壳体底板11上设有两个外接孔，分别是第一外接孔10和第二外接孔13，第一外接孔10和第二外接孔13采用法兰方式固定安装在壳体底板11上，第
6一外接孔10连接外部启动电源和工业标准的485数据信号线，第二外接孔13用于与基站内的其他天线配置的室外天线检测装置相连接，为其提供启动电源和工业标准的485数据信号线。参照图4，本发明的控制主板7，包括无线网卡、主控芯片CPU、GPS模块、磁场传感器模块和重力加速度传感器模块，其中，GPS模块用于检测天线的物理位置信息，当天线的物理位置发生变化时GPS将变化的经度、纬度和海拔信息传输给主控芯片CPU，供主控芯片 CPU进行物理位置的变化计算；磁场传感器模块用于检测以地球磁场方向为基准的天线在三维空间的XI、Yl、Zl轴方向的实时变化信息，当天线方位角发生细微变化，磁场传感器模块将检测到精确的X1、Y1、Z1三轴方向的变化向量传输给主控芯片CPU，主控芯片CPU根据 XI、YU Zl三轴方向的变化向量计算出天线水平方向方位角度的变化；重力加速度传感器模块用于检测以地球的重力加速度方向为基准的天线在三维空间的X2、Y2、Z2轴方向的实时变化信息，当天线机械下倾角或横滚角发生细微变化，重力加速度传感器模块将检测到精确的Χ2、Υ2、Ζ2三轴方向的变化向量传输给主控芯片CPU，主控芯片CPU根据X2、Y2、Z2 三轴方向的变化向量计算出天线垂直方向机械下倾角或横滚角的角度变化；主控芯片CPU 对磁场传感器模块、重力加速度传感器模块、GPS模块传输的实时变化向量进行实时计算分析，分别计算出天线水平方位角的角度变化、机械下倾角和横滚角的角度变化、物理位置的偏移和天线实际海拔高度的变化，当上述各个向量发生变化时，主控芯片CPU通过无线网卡将各个向量变化信息以告警的方式发送给远端网管中心，为客户提供参考。参照图5，本发明利用上述测试装置进行天线在室外的各个方向的姿态测量和物理位置测量，其步骤包括如下步骤1，安装天线检测装置。将天线检测装置固定在室外天线的背板上，使检测装置与天线安装方向同向，壳体底板和天线的下端口的方向一致，安装牢固后，当天线在室外空间的各个方向或物理位置发生变化时，天线检测装置也将随之同步变化。步骤2，天线水平方向的方位角测量。当室外天线在水平方向出现转动时，控制主板7内的磁场传感器模块检测到的以地球磁场方向为基准的天线在三维空间的XI、YU Zl轴方向的变化向量，并将检测到的变化向量信息传输到主控芯片CPU，主控芯片CPU根据计算公式A = Tan(AYl/Zl)计算出天线水平方向方位角的角度变化值A，其中Tan为角度换算函数，Δ Yl为主控芯片CPU得到的磁场传感器模块连续多次传输的Yl轴方向的变化向量，当主控芯片CPU计算出的方位角变化量大于1度时，将产生报警信息。步骤3，天线垂直方向的机械下倾角和横滚角测量。当室外天线在垂直方向出现转动时，控制主板7内的重力加速度传感器模块检测到的以重力加速度方向为基准的天线在三维空间的X2、Y2、Ζ2轴方向的变化向量，并将检测的变化向量信息传输到主控芯片CPU，主控芯片CPU根据计算公式B = Tan(AY2/Z2)和 C = Tan(AX2/Z2)计算出天线垂直方向机械下倾角的角度变化值B和横滚角的角度变化值 C，其中Δ Y2为主控芯片CPU得到的重力加速度传感器模块连续多次传输的Y2轴方向的变化向量，ΔΧ2为主控芯片CPU得到的重力加速度传感器模块连续多次传输的X2轴方向的变化向量，当主控芯片CPU计算出的机械下倾角和横滚角各变化量大于1度时，将产生报警信息。步骤4，天线物理位置变化的测量。当室外天线物理位置发生变化时，控制主板7内的GPS模块将检测到天线的经度、 纬度和海拔的变化向量，并将检测的这些变化向量信息传输到主控芯片CPU，主控芯片CPU 根据经度、纬度和海拔的参数差值变化向量，确定出天线物理位置向哪个方向移动，即天线的实际变化范围，并产生报警信息。步骤5，主控芯片CPU将步骤2、步骤3和步骤4检测产生的报警信息通过无线网卡发送报警信息到远端网管中心，为用户提供及时有效的数据参考，用户根据网管中心的监控信息，定位出现报警信息的天线，并根据报警信息内容，确定派人查询和维护。以上仅为本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制，显然，任何人在本发明的思想下，可做出不同变更，但这些均在本发明的保护之列。
权利要求
1.一种室外天线姿态检测装置，其特征在于，包括悬挂板(1)、悬挂上盖板(3)、控制主板(7)、内置结构支架(8)、悬挂下盖板(12)、壳体顶板(6)、壳体底板(11)和壳体(17)； 控制主板(7)固定在结构支架(8)上，结构支架(8)固定在壳体底板(11)上，壳体顶板(6) 与悬挂上盖板(3)固定连接，壳体底板(11)与悬挂下盖板(1 固定连接，悬挂上盖板(3) 和悬挂下盖板(12)分别与悬挂板(1)固定连接，壳体顶板(6)、壳体底板(11)、和壳体(17) 之间相互扣合形成一体结构；所述的控制主板(7)，包括无线网卡用于发送和接收无线信号模块；磁场传感器模块用于检测以地球磁场方向为基准的天线在三维空间的X、Y、Z轴方向的实时变化信息，传输给主控芯片CPU ；重力加速度传感器模块用于检测以重力加速度方向为基准的天线在三维空间的X、 Y、Z轴方向的实时变化信息，传输给主控芯片CPU ；GPS模块用于检测天线的物理位置信息，传输给主控芯片CPU ；主控芯片CPU 用于对磁场传感器模块、重力加速度传感器模块、GPS模块传输实时信息进行分析，分别计算出天线水平方位角的角度变化、机械下倾角、横滚角的角度变化、物理位置的偏移和天线实际海拔高度的变化，并将并将计算信息通过无线网卡将信息发送给远端。
2.如权利要求1所述的室外天线检测装置，其特征在于，壳体(17)是铝合金材质的长方体结构。
3.如权利要求1所述的室外天线检测装置，其特征在于，壳体(17)外表面上涂覆有厚度为10 20 μ的绝缘的耐磨涂层。
4.如权利要求1所述的室外天线检测装置，其特征在于，壳体底板(11)上设有两个外接孔，分别是第一外接孔(10)和第二外接孔(13)，第一外接孔(10)连接外部电源和工业标准的485数据信号线；第二外接孔(13)用于与基站内的其他天线配置的室外天线检测装置相连接。
5.如权利要求1所述的室外天线检测装置，其特征在于，悬挂板(1)、悬挂上盖板(3)、 内置结构支架(8)、悬挂下盖板(1 、壳体顶板(6)、壳体底板(11)和壳体(17)均采用5052 的铝合金材质。
6.如权利要求1所述的室外天线检测装置，其特征在于，悬挂板(1)的两边设有U型安装孔(19)。
7.一种室外天线姿态的检测方法，包括如下步骤1)将检测装置固定在室外天线的背板上，使检测装置与天线安装方向同向，壳体底板和天线的下端口的方向一致；2)当室外天线发生水平方向转动时，磁场传感器模块将检测到的以地球磁场方向为基准的天线在三维空间的X1、Y1、Z1轴方向的变化信息传输到主控芯片CPU，主控芯片CPU计算出天线水平方向方位角的角度变化值A = Tan(AYl/Zl)其中Tan为角度换算函数，Δ Yl为主控芯片CPU得到的磁场传感器模块连续多次传输的Yl轴方向的变化向量；3)当室外天线发生垂直方向的机械下倾角或横滚角的转动时，重力加速度传感器模块将检测到的以重力加速度方向为基准的天线在三维空间的X2、Y2、Z2轴方向的变化信息传输到主控芯片CPU，主控芯片CPU计算出天线垂直方向下的机械下倾角角度变化值B和横滚角的角度变化值C:B = Tan ( Δ Υ2/Ζ2)，C = Tan ( Δ Χ2/Ζ2)ΔΥ2为主控芯片CPU得到的重力加速度传感器模块连续多次传输的Y2轴方向的变化向量，ΔΧ2为主控芯片CPU得到的重力加速度传感器模块连续多次传输的X2轴方向的变化向量；4)当室外天线发生物理位置的偏移时，GPS模块将检测经度、纬度、高度参数信息传输到主控芯片CPU，主控芯片CPU根据参数的差值变化，得到室外天线的物理位置，即天线的实际变化范围；5)主控芯片CPU将上述步骤2)-4)得到的信息通过无线网卡发送到远端网管中心，为用户提供及时有效的数据参考。
全文摘要
本发明公开了一种室外天线姿态检测装置及方法。该检测装置包括悬挂板(1)、悬挂上盖板(3)、控制主板(7)、内置结构支架(8)、悬挂下盖板(12)、壳体顶板(6)、壳体底板(11)和壳体(17)；控制主板(7)包括磁场传感器模块、重力加速度传感器模块、GPS模块和主控芯片CPU，磁场传感器模块以地球磁场方向作为基准检测天线水平方位角的变化信息，重力加速度传感器模块以重力加速度方向作为基准检测天线垂直方向的机械下倾角和横滚角的变化信息，GPS模块检测天线的物理位置变化信息，主控CPU根据这三个模块的变化信息计算出天线的室外姿态变化向量。本发明具有体积小、重量轻、承重大、易安装的优点，可用于对室外天线的实时检测。
文档编号G01B21/00GK102401645SQ20111029363
公开日2012年4月4日 申请日期2011年10月3日 优先权日2011年10月3日
发明者姜维, 李天佐, 杨健康, 苏永刚, 陈金虎 申请人:西安海天天线科技股份有限公司