專利名稱：基于gps的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及基于GPS的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
輸電導線舞動能造成巨大的經(jīng)濟損失和嚴重的社會影響，是個世界性的難題！國 內(nèi)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1、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。

實用新型內(nèi)容本實用新型是為避免上述現(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)。本實用新型解決技術問題采用如下技術方案本實用新型基于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；[0015]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。與已有技術相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在1、本實用新型可實現(xiàn)性好監(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(chǎn)生影響；2、本實用新型動態(tài)性能好監(jiān)測系統(tǒng)中GPS接收機的采樣頻率為20赫茲，而輸電 導線舞動的頻率為0. 1 3赫茲，遠遠滿足采樣定理的要求，特別是SPSA算法的引入，更加 保證了樣本導線姿態(tài)角解算的效率和穩(wěn)定性，實現(xiàn)對輸電導線舞動的實時監(jiān)測，動態(tài)性能 較好；3、本實用新型技術水平高監(jiān)測系統(tǒng)采用GPS技術實現(xiàn)對導線舞動的實時監(jiān)測， 其中樣本導線舞動模型的建立和樣本導線姿態(tài)角的解析都是精密的過程，任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)細 微誤差都會對結果產(chǎn)生較大的影響；而本實用新型的測量結果精度較高，能夠?qū)崿F(xiàn)對導線 舞動的實時監(jiān)測，充分說明了本實用新型技術水平高；4、本實用新型能夠全天候工作在GPS系統(tǒng)中，M顆衛(wèi)星的軌道分布使得我們在 全球任何地方、任何時間都能觀測到4顆以上的衛(wèi)星，滿足本實用新型中監(jiān)測系統(tǒng)所需衛(wèi) 星顆數(shù)；GPS天線接收衛(wèi)星載波信號不受積雪、風雨和光線的影響，能夠?qū)旊妼Ь€進行全 天候的監(jiān)測。

圖1為本實用新型系統(tǒng)結構示意圖；圖2為本實用新型中輸電線路鐵塔及樣本導線位置示意圖；圖3為本實用新型樣本導線姿態(tài)測量原理示意圖；圖4為本實用新型中SPSA算法流程圖。
具體實施方式
參見圖1，本實施例中的基于GPS的輸電導線舞動監(jiān)測系統(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；其中，衛(wèi)星信號接收模塊，由GPS天線A 1和GPS天線B 2組成，用于接收來自衛(wèi)星的射 頻載波信號；衛(wèi)星信號解析模塊，由GPS接收板A和GPS接收板B組成，用于解算衛(wèi)星載波信號 中的衛(wèi)星載波相位Φ、衛(wèi)星高度角H、衛(wèi)星方位角Ω ；數(shù)字信號處理模塊，由DSP處理芯片組成，用于解析樣本導線的姿態(tài)角，對于樣本 導線的姿態(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；樣本導線姿態(tài)角是以樣本導線航向角α、 樣本導線俯仰角β表征；鍵盤和液晶顯示模塊，鍵盤用來輸入樣本導線靜態(tài)時的姿態(tài)角；液晶屏顯示樣本 導線靜態(tài)時的姿態(tài)角，同時還實時的顯示樣本導線的實時姿態(tài)角；[0030]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，監(jiān)測中心通過 GSM無線通信模塊對系統(tǒng)進行遠程參數(shù)的設置；電源管理模塊，為系統(tǒng)其他模塊提供電源，通常采用蓄電池和太陽能板相結合為 系統(tǒng)供電。定義1 樣本導線L 3為位于輸電線路鐵塔塔頭一端，GPS天線A 1和GPS天線B2 之間的一段輸電導線，樣本導線L在水平面上的投影為樣本導線投影L'；參見圖2，為輸電線路鐵塔及樣本導線位置示意圖，圖中包括有輸電線路4和鐵塔 5，從圖中可看出樣本導線L 3在整個輸電線路中的具體位置；定義2 樣本導線航向角α是以樣本導線投影L'位于正北方向為零度，以正北方 向為起始，按順時針方向偏轉(zhuǎn)的角度為樣本導線航向角α，樣本導線航向角α為0 360 度；定義3 樣本導線俯仰角β為樣本導線L與樣本導線投影L'之間的夾角，樣本導 線俯仰角β的為-90 +90度；以樣本導線航向角α和樣本導線俯仰角β表征樣本導線姿態(tài)；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；參見圖3，GPS天線A和GPS天線B固定在輸電線路鐵塔塔頭一端剛性較好的器材 如絕緣子串上，或通過剛性較好的器材將GPS天線A和GPS天線B懸掛于樣本導線L的正 下方，通過解算樣本導線L的姿態(tài)角來估算輸電導線的舞動幅度；么0)丨2為GPS接收板A和GPS接收板B對觀測衛(wèi)星i的相位差小數(shù)值；么0>〖2為GPS接 收板A和GPS接收板B對觀測衛(wèi)星j的相位差小數(shù)值；則兩個GPS天線上的兩個接收板對 同一時刻觀測的兩顆衛(wèi)星i和j的載波相位雙差以式(1)所示的相位雙差觀測方程表達
Α2Φ 2 ^-{sin^sinH' -sinHy)+cosy0[cosH' co^Q' -or)-cosHy cos(Qy -a)[} + N,j +s'J λ
(1)其中，1為樣本導線長度，λ為射頻載波的波長，Hi和tf分別是衛(wèi)星i和j對樣本 導線的載波平面的高度角，Qi和Ω」分別是衛(wèi)星i和j對樣本導線的載波平面的方位角， α和β則為樣本導線矢量的航向角和俯仰角；GPS相位雙差可以消除空間相關的各種誤差 源，如電離層誤差、對流層誤差、鐘差等；N"為相位雙差整周模糊度，ε iJ為觀測噪聲，是均 值為零的高斯白噪聲；因此( 式的數(shù)學期望是整數(shù)
Nv +Sij =A2Of2 --{sin^sinZfi -sin/Z^+cos/^cos//' cos(q' -a)-cosi/; co{aj -a)\}兒
(2)那么，(3)式的目標函數(shù)值為1，cosP^iV'^ +^)] =
權利要求1.基于GPS的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述系統(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LC3)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的姿態(tài)角；所述樣本導線LC3)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(I)和GPS天線Β(2)之間的一段輸 電導線為樣本導線L(3)。
專利摘要本實用新型公開了一種基于GPS的輸電導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)，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。本實用新型監(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(chǎn)生影響。本實用新型方法可實現(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G01C1/00GK201858972SQ20102056315
公開日2011年6月8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