專利名稱：基于gps的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基于GPS的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，特別是引入同步擾動隨機逼近SPSA算法后，更能滿足對輸電導線舞動的實時監(jiān)測。
背景技術：
輸電導線舞動能造成巨大的經濟損失和嚴重的社會影響，是個世界性的難題！國內外學者自20世紀30年代就開始對導線舞動進行了大量的實驗和理論研究，取得了一定的成果，目前使用的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)主要是采用如下監(jiān)測方法
計算機仿真技術監(jiān)測方法、基于傳感器技術監(jiān)測方法、視頻圖像技術監(jiān)測方法。上述方法存在的問題包括I、計算機仿真技術監(jiān)測僅限于輸電導線舞動的理論研究，無法在工程實踐中應用；2、基于傳感器技術監(jiān)測的缺點很明顯，只有在輸電導線上布置數(shù)量較多的傳感器，才能得到較多的數(shù)據(jù)，導線舞動曲線擬合的才好，而布置在輸電導線上的傳感器本身可能破壞導線舞動模型，成為安全隱患，可操作性差；3、視頻圖像技術監(jiān)測的圖像傳輸率低，視頻信號容易失真，動態(tài)性能差；攝像頭容易被積雪覆蓋，夜晚受光線影響不能正常工作，無法對輸電導線進行全天候的監(jiān)測。
發(fā)明內容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術所存在的不足，提供一種可實現(xiàn)性好、動態(tài)性能好、技術水平高、能夠全天候工作的基于GPS的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。本發(fā)明解決技術問題采用如下技術方案本發(fā)明基于GPS的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)的特點是包括衛(wèi)星信號接收模塊、衛(wèi)星信號解析模塊、數(shù)字信號處理模塊、鍵盤和液晶顯示模塊、GSM無線通信模塊和電源管理模塊；所述衛(wèi)星信號接收模塊是由固定在絕緣子串上或懸掛于樣本導線正下方的GPS天線A和GPS天線B組成，用于接收來自衛(wèi)星的射頻載波信號；所述衛(wèi)星信號解析模塊是由GPS接收板A和GPS接收板B組成，用于解析來自衛(wèi)星的射頻載波信號，得到衛(wèi)星的載波相位Φ、衛(wèi)星的高度角H、衛(wèi)星的方位角Ω ；所述數(shù)字信號處理模塊由DSP處理芯片組成，用于解析樣本導線L的姿態(tài)角，所述對于樣本導線L的姿態(tài)角的解析是基于相位雙差觀測方程構造樣本導線舞動的數(shù)學模型，采用同步擾動隨機逼近SPSA算法解析出樣本導線的姿態(tài)角；所述樣本導線L的姿態(tài)角是以樣本導線航向角α和樣本導線俯仰角β表征；
所述鍵盤和液晶顯示模塊分別用來輸入和顯示樣本導線靜態(tài)時的姿態(tài)角；并實時顯示樣本導線的實時姿態(tài)角；所述GSM無線通信模塊用于向監(jiān)測中心發(fā)送樣本導線的實時姿態(tài)角，所述監(jiān)測中心通過所述GSM無線通信模塊對系統(tǒng)進行遠程參數(shù)的設置；選取位于輸電線路鐵塔塔頭一端、處在GPS天線A和GPS天線B之間的一段輸電導線為樣本導線L。本發(fā)明基于GPS的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法的特點是定義 樣本導線L在水平面上的投影為樣本導線投影L'；樣本導線投影L'位于正北方向為零度，以正北方向為起始，按起始后向東的順時針方向偏轉的角度為樣本導線航向角α，所述樣本導線航向角α為O 360度；樣本導線L與樣本導線投影L'之間的夾角為樣本導線俯仰角β，所述樣本導線俯仰角β為-90 +90度；所述監(jiān)測方法按如下步驟進行a、建立樣本導線舞動的數(shù)學模型以GPS接收板A和GPS接收板B分別獲取一組衛(wèi)星載波信號所對應的時刻為衛(wèi)星的一個歷元；假設，GPS天線A和GPS天線B都能接收到衛(wèi)星i和衛(wèi)星j的載波信號，則GPS接收板A和GPS接收板B對同一時刻觀測的衛(wèi)星i和衛(wèi)星j的載波相位雙差以式⑴所示的
相位雙差觀測方程表達
Δ2Φ『2 = — {sin j8(sin W - sin Hy)+ cos / [cos H' cos^' - a)- cos H 7 cos(oy - a)|} + Nu + εν (I)
X式(I)中，I為樣本導線長度，長度范圍為廣3米，λ為射頻載波的波長，Hi和屮分別是衛(wèi)星i和衛(wèi)星j對樣本導線L的載波平面的高度角，和N分別是衛(wèi)星i和j對樣本導線L的載波平面的方位角，為相位雙差整周模糊度，ε iJ為觀測噪聲，且ε iJ是均值為零的高斯白噪聲；因此，式(2)的數(shù)學期望是整數(shù)
Nif + Sff = ^mf2 --{sin 辦(sin Hi - sin Hj) 4-cos/3[cosHi cos(iV -a)-coscos(oy -a)\$ (2)
X那么，式(3)的函數(shù)值為1，cos{2n{NtJ + = (3)cos[2^(A2Of2 —■-{sin ^(sinH7 - sin Hy )+ cos ^[cosH' cos(il, -a)-cosHy cos(q7 -a)]}] = 1
X式(3)中，樣本導線航向角a和樣本導線俯仰角β未知，選取a和β使得等式
(3)成立，則所選取的a和β值分別為樣本導線航向角和樣本導線俯仰角；任意時刻，GPS天線都能接收到至少四顆衛(wèi)星的載波信號，每顆衛(wèi)星時刻都在往外發(fā)送載波信號，每顆衛(wèi)星都有無窮多個歷元；選取η顆衛(wèi)星、n ^ 4,以及所選η顆衛(wèi)星中每一顆衛(wèi)星的m個歷元、m3 4，構成多約束條件，建立樣本導線舞動的數(shù)學模型如式(4)Ffiness^a^β^ = ^^cos[2^(A2 f2 - —{sin0(sinH,-sinHy)廠、
1=1 /=2λ '7W
權利要求
1.一種基于GPS的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征是所述基于GPS的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)包括有衛(wèi)星信號接收模塊、衛(wèi)星信號解析模塊、數(shù)字信號處理模塊、鍵盤和液晶顯示模塊、GSM無線通信模塊和電源管理模塊； 所述衛(wèi)星信號接收模塊是由固定在絕緣子串上或懸掛于樣本導線L(3)正下方的GPS天線A (I)和GPS天線B (2)組成，用于接收來自衛(wèi)星的射頻載波信號； 所述衛(wèi)星信號解析模塊是由GPS接收板A和GPS接收板B組成，用于解析來自衛(wèi)星的射頻載波信號，得到衛(wèi)星的載波相位Φ、衛(wèi)星的高度角H、衛(wèi)星的方位角Ω ； 所述數(shù)字信號處理模塊由DSP處理芯片組成，用于解析樣本導線L (3)的姿態(tài)角，所述對于樣本導線L (3)的姿態(tài)角的解析是基于相位雙差觀測方程構造樣本導線舞動的數(shù)學模型，采用同步擾動隨機逼近SPSA算法解析出樣本導線L(3)的姿態(tài)角；所述樣本導線L (3) 的姿態(tài)角是以樣本導線航向角α和樣本導線俯仰角β表征； 所述鍵盤和液晶顯示模塊分別用來輸入和顯示樣本導線L(3)靜態(tài)時的姿態(tài)角；并實時顯示樣本導線L (3)的實時姿態(tài)角； 所述GSM無線通信模塊用于向監(jiān)測中心發(fā)送樣本導線L(3)的實時姿態(tài)角，所述監(jiān)測中心通過所述GSM無線通信模塊對系統(tǒng)進行遠程參數(shù)的設置； 選取位于輸電線路鐵塔塔頭一端、處在GPS天線A (I)和GPS天線B (2)之間的一段輸電導線為樣本導線L (3)； 所述基于GPS的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法是 定義 樣本導線L (3)在水平面上的投影為樣本導線投影L'； 樣本導線投影L'位于正北方向為零度，以正北方向為起始，按起始后向東的順時針方向偏轉的角度為樣本導線航向角α，所述樣本導線航向角α為O 360度； 樣本導線L(3)與樣本導線投影L'之間的夾角為樣本導線俯仰角β，所述樣本導線俯仰角β為-90 +90度； 所述監(jiān)測方法按如下步驟進行 a、建立樣本導線舞動的數(shù)學模型 以GPS接收板A和GPS接收板B分別獲取一組衛(wèi)星載波信號所對應的時刻為衛(wèi)星的一個歷元； 假設，GPS天線A和GPS天線B都能接收到衛(wèi)星i和衛(wèi)星j的載波信號，則GPS接收板A和GPS接收板B對同一時刻觀測的衛(wèi)星i和衛(wèi)星j的載波相位雙差以式⑴所示的相位雙差觀測方程表達Δ2Φ^ = — (sin / (sin W - sin Hy)+ cos /3 [cos『(^(Ω, - a)- cos H7 cos^iJ — aj} + Nv + εν (I)X 式(I)中，I為樣本導線L(3)長度，長度范圍為f 3米，λ為射頻載波的波長，Hi和莊_分別是衛(wèi)星i和衛(wèi)星j對樣本導線L(3)的載波平面的高度角，01和Ω」分別是衛(wèi)星i和j對樣本導線L(3)的載波平面的方位角，N〃為相位雙差整周模糊度，ε 〃為觀測噪聲，且eij是均值為零的高斯白噪聲；因此，式(2)的數(shù)學期望是整數(shù) Nlj +Sij = Δ2Φ[2 _■- {sin fi(sin Hr - sin Hj)+ cos /3[cos H7 005(0." - a)- cos Hj cos(n7 -a)] } (2) ~ A 那么，式⑶的函數(shù)值為1，
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于GPS的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，其特征是系統(tǒng)包括衛(wèi)星信號接收模塊、衛(wèi)星信號解析模塊、數(shù)字信號處理模塊、鍵盤和液晶顯示模塊、GSM無線通信模塊和電源管理模塊。本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)中以兩個GPS天線固定在絕緣子串上或懸掛于樣本導線正下方，監(jiān)測系統(tǒng)中其它部分均固定在輸電線路鐵塔塔頭上，對導線舞動模型不會產生影響。本發(fā)明方法可實現(xiàn)性好、動態(tài)性能好、技術水平高、能夠全天候工作。
文檔編號G01C1/00GK102721401SQ201210208479
公開日2012年10月10日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權日2010年10月15日
發(fā)明者唐樹青, 夏娜, 汪濤, 王浩, 蔣建國, 齊美彬 申請人:合肥工業(yè)大學