阅读说明：本技术 目标对象状态的监测方法、装置及计算机可读介质 (Target object state monitoring method and device and computer readable medium ) 是由 张龙龙 杜洪伟 李亚萍 于 2020-07-17 设计创作，主要内容包括：本公开涉及利用卫星定位相关数据对目标对象状态进行监测的技术领域,主要公开了一种目标对象状态的监测方法,其包括以下步骤：获取安装于所述目标对象上的定位天线的观测数据,所述观测数据源于所述定位天线接收到的卫星信号；所述定位天线与所述目标对象具有已知的相对位置关系；获取所述定位天线的可视临界范围数据；根据所述观测数据,获得所述定位天线的位置坐标以及可视卫星的运动轨迹；根据所述位置坐标、所述运动轨迹、所述可视临界范围数据以及所述相对位置关系,获得目标对象的状态数据,所述状态数据包括方位角信息。本公开的一些技术效果在于：通过对定位天线的观测数据进行处理,获得目标对象的状态数据,处理过程便捷且准确度高。(The invention relates to the technical field of monitoring the state of a target object by using satellite positioning related data, and mainly discloses a method for monitoring the state of the target object, which comprises the following steps: acquiring observation data of a positioning antenna installed on the target object, wherein the observation data are derived from satellite signals received by the positioning antenna; the positioning antenna and the target object have a known relative position relationship; acquiring visual critical range data of the positioning antenna; obtaining the position coordinates of the positioning antenna and the motion trail of the visible satellite according to the observation data; and acquiring state data of the target object according to the position coordinates, the motion trail, the visual critical range data and the relative position relation, wherein the state data comprises azimuth angle information. Some technical effects of this disclosure are: the observation data of the positioning antenna are processed to obtain the state data of the target object, and the processing process is convenient and fast and has high accuracy.)

目标对象状态的监测方法、装置及计算机可读介质

技术领域

本公开涉及利用卫星定位相关数据对目标对象状态进行监测的技术领域，特别涉及其中的监测方法、装置及计算机可读介质。

背景技术

在很多领域中，对于目标对象的(位置)状态进行监测是有必要的。例如监测通信基站的通信天线的状态，判断其是否出现了异常问题(如朝向偏离、位置发生了偏移等)，这样有利于维护人员快速定位问题所在以及展开后续的维护工作；例如监测建筑物位置或者倾斜角度是否发生变化，能及时发现安全隐患；例如监测高压线塔的位置状态，也有利于预防故障等。这些目标对象的种类还有很多，在此不一一列举。

传统的对于这些目标对象的状态的监测方式，包括使用机械罗盘、电子罗盘、人工观测等，由于很多时候需要工作人员在高空进行测量，存在安全隐患，且测量误差一般较大。

目前也有采用双GPS差分测向方案，虽然技术很成熟，已经广泛应用于飞行器、舰船的航向测量，但是由于系统的复杂度高、尺寸大、成本高，难以得到更广泛的应用。

发明内容

为解决前述的至少一个技术问题，本公开在第一方面提出了一种目标对象状态的监测方法，其包括以下步骤：

获取安装于所述目标对象上的定位天线的观测数据，所述观测数据源于所述定位天线接收到的卫星信号；所述定位天线与所述目标对象具有已知的相对位置关系；获取所述定位天线的可视临界范围数据；根据所述观测数据，获得所述定位天线的位置坐标以及可视卫星的运动轨迹；根据所述位置坐标、所述运动轨迹、所述可视临界范围数据以及所述相对位置关系，获得目标对象的状态数据，所述状态数据包括方位角信息。

优选地，获得所述运动轨迹的步骤包括：根据所述观测数据中的星历数据，获得可视卫星的位置数据；选取预设观测时长内的所述位置数据，获得所述运动轨迹。

优选地，所述“选取预设观测时长内的所述位置数据，获得所述运动轨迹”包括以下步骤：对所述位置数据进行处理，选取每一份所述位置数据中具有连续性的位置点作为所述运动轨迹。

优选地，所述运动轨迹包括第一端点以及第二端点；所述第一端点对应的卫星高度角大于所述第二端点对应的卫星高度角；根据多条所述运动轨迹的所述第一端点，获得所述定位天线的观测临界面数据；根据所述观测临界面数据，结合所述位置坐标、所述运动轨迹、所述可视临界范围数据以及所述相对位置关系，获得所述状态数据。

优选地，所述定位天线的数量为两个；“根据所述位置坐标、所述运动轨迹、所述可视临界范围数据以及所述相对位置关系，获得所述状态数据”包括以下步骤：根据所述位置坐标、所述运动轨迹、所述可视临界范围数据获得所述定位天线组成的基线的指向信息；根据所述指向信息以及所述相对位置关系，获得所述状态数据。

优选地，所述目标对象为基站的通信天线；所述定位天线被固定于所述通信天线的外壳上。

优选地，所述状态数据还包括所述目标对象的经纬度及高程信息。

优选地，根据获得的所述状态数据，判断是否符合预警条件；当符合时，则生成预警信息。

本公开在第二方面提出了一种目标对象状态的监测装置，其包括：

观测数据获取模块，用于获取安装于所述目标对象上的定位天线的观测数据，所述观测数据源于所述定位天线接收到的卫星信号；所述定位天线与所述目标对象具有已知的相对位置关系；

先验参数获取模块，用于获取所述定位天线的可视临界范围数据；

运动轨迹获取模块，用于根据所述观测数据，获得所述定位天线的位置坐标以及可视卫星的运动轨迹；

状态数据获取模块，用于根据所述位置坐标、所述运动轨迹、所述可视临界范围数据以及所述相对位置关系，获得所述目标对象的状态数据，所述状态数据包括方位角信息。

本公开在第三方面提出了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质中存储有计算机程序，所述计算机程序由处理模块加载并执行以实现所述的监测方法的步骤。

本公开的一些技术效果在于：通过对定位天线的观测数据进行处理，获得目标对象的状态数据，处理过程便捷且准确度高。

附图说明

为更好地理解本公开的技术方案，可参考下列的、用于对现有技术或实施例进行辅助说明的附图。这些附图将对现有技术或本公开部分实施例中，涉及到的产品或方法有选择地进行展示。这些附图的基本信息如下：

图1为一个实施例中，多颗卫星对应的运动位置的示意图；

图2为一个实施例中，一颗卫星对应的运动轨迹的示意图；

图3为一个实施例中，定位天线可视临界范围的截面简化图；

图4为一个实施例中，一种可视临界范围的边界示意图；

图5为一个实施例中，一种可视临界范围的观测临界面示意图。

上述附图中，附图标记及其所对应的技术特征如下：

1-定位天线，21-第一边界，22-第二边界，31-第一卫星位置，32-第二卫星位置，4-观测临界面，41-临界处卫星位置。

具体实施方式

下文将对本公开涉及的技术手段或技术效果作进一步的展开描述，显然，所提供的实施例(或实施方式)仅是本公开意旨涵盖的部分实施方式，而并非全部。基于本公开中的实施例以及图文的明示或暗示，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所能获得的所有其他实施例，都将在本公开请求保护的范围之内。

本公开在第一方面提出了一种目标对象状态的监测方法，其包括以下步骤：

获取安装于所述目标对象上的定位天线的观测数据，所述观测数据源于所述定位天线接收到的卫星信号；所述定位天线与所述目标对象具有已知的相对位置关系；

获取所述定位天线的可视临界范围数据；

根据所述观测数据，获得所述定位天线的位置坐标以及可视卫星的运动轨迹；

根据所述位置坐标、所述运动轨迹、所述可视临界范围数据以及所述相对位置关系，获得目标对象的状态数据，所述状态数据包括方位角信息。

下面对以上步骤涉及的主要对象或关系进行说明。如需进一步理解未详述之处，可参照现有技术的相关内容、本文的其他相关描述或发明意旨进行合理地推理。

需要强调的是，本文所说的目标对象状态的监测方法，一般可以作为一些环节应用于这样的场景：在目标对象上安装具有定位天线的卫星信号接收器，收集定位天线接收到的卫星信号，对卫星信号进行处理(主要包括射频前端处理、基带数字信号处理、定位解算等过程)，得到观测数据，通过对连续观测若干小时所得的观测数据进行处理，得到目标对象的状态参数。其中，对卫星信号的处理、对观测数据的处理步骤，一些可以在接收器上完成，一些可以在后台服务器上完成，或者完全依赖接收器完成，或者完全依赖后台服务器完成。更常见的情况是，接收器对卫星信号进行处理，得到观测数据，然后通过网络将观测数据发送给后台服务器，后台服务器完成后续的处理步骤。

关于目标对象。它可以体现为多种类型，如建筑物(大楼、观测站等)、市政设施(大型路灯、展架等)或者企业户外设施(通信基站、通信天线、铁塔等)等，为了避免目标对象发生倒塌、不必要的位移，或者希望获取目标对象的准确位置信息以作出更好的调整，对目标对象的位置状态进行监测是有必要的。下文将更多地以目标对象为通信天线(如4G天线、5G天线)作为例子，阐释本公开提出的监测方法，事实上，所述监测方法也可以适用于其他类型的目标对象。

关于定位天线。它主要用于接收卫星信号，并安装在目标对象上，使自身与目标对象具有已知的相对位置关系(例如具有已知的距离、方位关系)。这样，当目标对象的位置状态发生改变时(例如方位角发生改变、位置偏离了原处等)，定位天线的位置状态也会相对应地发生改变，通过计算定位天线的位置变化量，可以推算出目标对象的位置变化量。

关于可视临界范围数据。定位天线的可视范围也可以理解为可视区域或视野，它是立体的，它的边界就是可视临界范围。图3简洁地示出了定位天线的可视临界范围的一个截面，A点为定位天线的相位中心，天空中的卫星出现在弧线BC段对应的扇形视野范围内，其卫星信号将可以被定位天线收到。角ABC的度数、朝向等可以作为可视临界范围数据。当卫星的位置在可视临界范围之外时，则定位天线无法正常接收到该卫星对应的卫星信号。

关于观测数据。观测数据一般包括星历数据、伪距观测值等。利用观测数据，可以获得定位天线的位置坐标(具体表现形式视乎采用何种坐标系，一般可以体现为经纬度)、可视卫星的运动轨迹等数据。

关于状态参数。状态参数用于表示目标对象的位置状态(例如某一部位的空间坐标、方位朝向等)，它包括但不限于以下数据的一种：目标对象的方位角、目标对象的经纬度、目标对象的高程。如图4所示，第一边界21和第二边界22是两条虚拟的界限。第一边界21的位置是根据出现在一侧视野边界上的第一卫星位置31来确定的，第二边界22的位置是根据出现在另一侧视野边界上的第二卫星位置32来确定的。第一卫星位置31有多个(未完全示出)，意味着有多颗卫星从此处开始进入定位天线1的可视范围内；第二卫星位置32也有多个(未完全示出)，意味着有多颗卫星从此处开始离开定位天线1的可视范围内。因此，第一边界21以及第二边界22属于可视临界范围的一部分边界。根据第一边界21以及第二边界22的夹角的朝向的变化程度，可以判断出定位天线1的朝向的变化程度，从而推算出目标对象是否发生了转动的情况(即获得对应的状态参数，例如方位角或其变化量)。根据第一卫星位置31以及第二卫星位置32，以及伪距观测值，也可以推算出定位天线1的三维坐标，从而得到目标对象是否发生了位移的信息，这些也属于状态参数之一。

上述的计算或推算方式，可以采用现有的几何数学知识，在此不作过多展开，下面举一例示之。图5展示了一种可能的情况，多颗卫星在离开可视临界范围时的最后位置是图中的临界处卫星位置41，而这些位置与定位天线1所在的位置处于一个平面上，这个平面就是观测临界面4。当由于测量误差等影响，导致临界处卫星位置41与定位天线1所在位置不是一个平面时，可以通过最小二乘法等，对这几个位置点的坐标进行运算，虚拟出一个平面。可以选取两个临界处卫星位置41，假设它们的坐标分别为(x₁,y₁,z₁)和(x₂,y₂,z₂)，定位天线1的位置坐标(x_s,y_s,z_s)，则可以得到平面的方程：

然后可以根据平面方程得出平面的法向量(a,b,c)，然后对法向量进行分解即可计算出定位天线1的方位角，据此就可以推算出目标对象的方位角了。或者可以每天计算一次平面的法向量(a,b,c)，从而判断目标对象是否发生了位置状态的变化。

在一些实施例中，获得所述运动轨迹的步骤包括：根据所述观测数据中的星历数据，获得可视卫星的位置数据；选取预设观测时长内的所述位置数据，获得所述运动轨迹。考虑到一些卫星的环绕周期近似为12个小时，预设观测时长可以设置为12小时以上，这样能得到更多的在观测临界面上的位置数据。

在一些实施例中，所述“选取预设观测时长内的所述位置数据，获得所述运动轨迹”包括以下步骤：对所述位置数据进行处理，选取每一份所述位置数据中具有连续性的位置点作为所述运动轨迹。考虑到当天的环境可能对卫星信号的接收有影响，当卫星信号断断续续时，对应的可视卫星的位置点也将是断断续续(如图1的星空图所示，有些地方的卫星的运动位置点是断断续续的)，相对没有那么连贯，此时可以剔除信号不好的时间段对应的位置数据，而采用信号较好的时间段对应的位置数据作为运动轨迹。信号不好与较好的判断标准在于位置点的连续性。例如，可以根据连续N(可以根据具体情况进行设计，例如N＝10)个位置点的平均相邻距离大小进行判断是否具有连续性，当平均相邻距离超出预设的值(例如是正常值的1.5倍)时，则认为这N个位置点是不连续的。如果一份位置数据中，前半部分的位置点稀疏(不具有连续性)，后半部分的位置点紧密(具有连续性)，则取后半部分的位置点作为运动轨迹，当这样的运动轨迹的末端正好在观测临界面时，则可用于计算前述的法向量。

在一些实施例中，所述运动轨迹包括第一端点以及第二端点；所述第一端点对应的卫星高度角大于所述第二端点对应的卫星高度角(图2示出了一个第二端点，即图中方框内的端点)；根据多条所述运动轨迹的所述第一端点，获得所述定位天线的观测临界面数据；根据所述观测临界面数据，结合所述位置坐标、所述运动轨迹、所述可视临界范围数据以及所述相对位置关系，获得所述状态数据。此处的第二端点，可以理解为图5中的临界处卫星位置41，观测临界面数据包括了观测临界面4的法向量。

在一些实施例中，所述定位天线的数量为两个；“根据所述位置坐标、所述运动轨迹、所述可视临界范围数据以及所述相对位置关系，获得所述状态数据”包括以下步骤：根据所述位置坐标、所述运动轨迹、所述可视临界范围数据获得所述定位天线组成的基线的指向信息；根据所述指向信息以及所述相对位置关系，获得所述状态数据。当然，在其他实施例中，定位天线的数量可以是一个，也可以是更多。

在一些实施例中，所述目标对象为基站的通信天线；所述定位天线被固定于所述通信天线的外壳上。

在一些实施例中，所述状态数据除了目标对象的方位角外，还包括目标对象的经纬度及高程信息。

在一些实施例中，根据获得的所述状态数据，判断是否符合预警条件；当符合时，则生成预警信息。例如当目标对象的水平位移超过10cm时，视为符合预警条件，反之则视为不符合。例如当目标对象的方位角与上次观测时相比较变化量超过5度，视为符合预警条件，反之则视为不符合。

本公开在第二方面提出了一种目标对象状态的监测装置，其包括：

观测数据获取模块，用于获取安装于所述目标对象上的定位天线的观测数据，所述观测数据源于所述定位天线接收到的卫星信号；所述定位天线与所述目标对象具有已知的相对位置关系；

先验参数获取模块，用于获取所述定位天线的可视临界范围数据；

运动轨迹获取模块，用于根据所述观测数据，获得所述定位天线的位置坐标以及可视卫星的运动轨迹；

状态数据获取模块，用于根据所述位置坐标、所述运动轨迹、所述可视临界范围数据以及所述相对位置关系，获得所述目标对象的状态数据，所述状态数据包括方位角信息。

本公开在第三方面提出了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质中存储有计算机程序，所述计算机程序由处理模块加载并执行以实现所述的监测方法的步骤。本领域技术人员可以理解的是，实施例中的全部或部分步骤，可以通过计算机程序来指令相关的硬件实现，该程序可以存储于计算机可读介质中，可读介质可以包括闪存盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取器、磁盘或光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在符合本领域技术人员的知识和能力水平范围内，本文提及的各种实施例或者技术特征在不冲突的情况下，可以相互组合而作为另外一些可选实施例，这些并未被一一罗列出来的、由有限数量的技术特征组合形成的有限数量的可选实施例，仍属于本公开揭露的技术范围内，亦是本领域技术人员结合附图和上文所能理解或推断而得出的。

另外，多数实施例的描述是基于不同的重点而展开的，如需进一步理解未详述之处，可参照现有技术的相关内容、本文的其他相关描述或发明意旨进行合理地推理。

再次强调，上文所列举的实施例，为本公开较为典型的、较佳实施例，仅用于详细说明、解释本公开的技术方案，以便于读者理解，并不用以限制本公开请求保护的范围或者应用。在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等而获得的技术方案，都应被涵盖在本公开请求保护的范围之内。