卫星导航天线相位中心测量方法

相位中心是卫星导航天线最重要的性能指标之一,相位中心测量精度直接影响全球卫星导航系统的定位精度。简述了天线相位中心的基本概念,系统总结了卫星导航天线相位中心的传统测量方法,即微波暗室远场检测法和基线测量法,简述了测量方法和程序,重点阐述了在微波暗室内由实测远场相位方向图确定天线相位中心的方法。对导航天线相位中心测量方法进行了比较和分析,指出了各自的优缺点和应用场合。为卫星导航天线相位中心测量提供了参考。     

温变条件下抛物面天线时延特性研究

在卫星导航应用中,设备时延是抛物面天线的重要参数之一,时延的稳定性会影响卫星导航系统的定位、导航和授时业务精度,而工作环境温度是影响天线时延稳定特性的主要因素。从抛物面天线在卫星导航工程应用需求出发,分析抛物面天线的相位中心和设备时延参数,根据天线基本结构和信号传输原理,分光程段、馈源段和馈线段3部分对天线在温度变化条件下的时延特性进行分析研究。分析结果表明,温度变化对滤波器时延的影响是决定天线时延稳定性的重要因素,对GNSS系统抛物面天线结构设计具有指导意义。     

一种适用于外场站接收机设备时延的标定方法

本文主要研究了卫星导航系统参考站监测接收机时延基线测量方法,并采用此方法对监测接收机通道时延进行了测量。通过与传统的直接测量法测出的结果相比,零基线测量方法简单,精度满足系统要求,是适合外场参考站接收机时延测量和校正的便捷方法。     

抛物面天线接收时延抖动分析和对策

抛物面天线是卫星导航地面站的重要组成设备,负责完成卫星与地面站时间同步上行信号发射和下行信号接收,也是伪距测量的重要设备,因此要求抛物面天线工作时自身时延值相对稳定。针对地面站天线在跟踪卫星信号时接收时延抖动现象展开了故障排查,进行了问题原因分析。指出了天线旋转关节及馈线连接方式是影响天线时延稳定性的重要因素,并给出了解决天线时延抖动现象的方法。     

飞行器地面测控系统中天线系统时延标定

针对地面测控系统中一些天线系统时延无法利用信标塔进行精确标定的缺点,提出了对天线系统时延进行分段计算和测量的标定方法,对标定精度进行了分析和计算,并分析了不同因素对天线系统时延变化的影响。工程实践证明该方法可行,天线系统时延标定精度优于0.1 ns。     

3D扼流圈天线设计

本文介绍了多径信号的形成和抑制多径效应的基本方法,并设计了一款具有多径抑制效应的3D扼流圈天线,该天线可以同时应用于GNSS卫星导航系统的G1和G2两个频段。实验结果表明,该天线对多径信号具有较强的抑制能力,且相位中心稳定,具有较强的抗干扰能力。     

卫星导航接收天线相位中心的测量

通常天线的相位中心与其几何中心是不一致的。为了确立天线相位中心与几何中心位置的相对偏差,提出了采用室内测量法和室外测量法对天线相位中心进行测量,描述了2种测量方法的测量原理。详细介绍了在测量过程中找出天线相位中心的方法步骤,并指出了2种测量方法的特点。     

一种小尺寸极化阵列及其高精度定位波束形成

提出一种偶极子天线单元构成的极化敏感阵列用于全球卫星导航信号的接收,经过阵列信号波束形成后,在抗干扰的同时保留卫星导航信号中载波相位测量值的准确性,可用于基于载波相位测量的高精度差分定位。与传统的圆极化天线阵列相比,该阵列具有阵元构造简单、尺寸小的特点。通过建立极化阵列接收信号模型,分析了天线极化和波束形成算法对卫星导航信号相位的影响,给出了相适应的相位中心稳定的数字波束形成算法。仿真验证了分析的正确性和算法的有效性。     

导航信号产生器设备时延调整技术分析

卫星导航系统中的导航信号产生器有时延调整的要求,而且时延调整精度很高,调整范围也很大。通过比较几种时延调整方案,提出了一种使用 FPGA ＋DDS来调整时延的方案,通过控制 DDS初始相位,调整后的正弦波经过过零检测比较器转换为 TTL时钟信号,送入伪码生成模块达到对码钟进行微小时延调整的目的。经实际工程应用并测试,时延调整精度可达0.1 ns。     

一种单空气介质层GNSS测量型天线设计

本文设计了一款单空气介质层测量型有源贴片天线,天线结构采用单层空气介质作为全球卫星导航系统(GNSS)贴片天线高低频段的电场辐射层,通过对高频贴片外边缘锯齿化处理和低频贴片内边缘锯齿化接地以及其外边缘设置锯齿辐射单元,使天线整体尺寸减小约20%。通过HFSS软件优化设计,实现了GNSS天线的成本低、体积小、增益高、轴比频带较宽、圆极化性能好等特点。同时,天线辐射贴片结构在设计上满足高低频相位中心高程差较小。本文所设计天线满足覆盖四大在运行卫星导航系统的高低信号频段,并且采用对称的四馈针馈电技术使得天线表现出良好的圆极化性能和相位中心稳定性,尤其适合于GNSS精确测量与精准定位系统终端设备。     

基于高精度定位天线相位中心偏差的分析

在卫星导航定位测量中,天线相位中心的偏差对相对定位结果的影响,根据天线性能的好坏可达数十毫米,对于准确度要求非常高的测量来说,这种影响是不能忽视的。通过天线相位的测量,找出使用频点相位中心的物理位置,从而提高测量准确度,是卫星导航定位测量中迫切需要解决的问题。从影响GPS高精度定位误差源的分析出发,在对GPS接收天线相位中心误差分析的基础上,提出了一种基于类似整周模糊度搜索策略和测量值平差的思想来消除高精度定位天线相位中心偏差,从而得到接收机天线真实位置,并通过实测数据和仿真说明了这种效果。     

阵列天线抑制欺骗式导航干扰信号方法研究

针对欺骗式干扰影响飞行器卫星导航信号后引起的定位测姿错误问题,提出了一种适用于飞行器导航的基于阵列天线的欺骗式干扰检测和消除方法.使用接收阵列天线的载波相位双差测量值作为干扰检测依据,通过载波相位单差测量方程求出干扰信号的方向矢量,给出了提高干扰方向测量精度的方法,并使用其正交向量在干扰方向形成零陷,同时通过调整波束指向,在待测信号方向形成阵列增益,以达到抗干扰和增强导航信号的目的.使用这种方法可以对导航信号中的欺骗式干扰信号进行有效的识别和消除,适用于复杂环境下的飞行器导航.     

一种监测站多径检测和校正的新技术研究

监测站是卫星导航系统的核心部分,提供给主控站的原始测量数据精度决定着整个导航系统的定轨与时间同步精度,影响着系统的服务性能。多径和天线相位中心的变化是监测站高精度测距不可忽略的影响因素。采用一套基于高增益、抗多径面天线的多径检测和校正系统,定量地评估监测站的多径环境,并对接收机天线的相位中心和多径进行校正。通过多径检测与校正原型设施,开展阵列天线相心标校、多径检测与标校等试验,为监测站的天线相心与多径环境检测、抑制和校正提供一个完整的解决方案。     

伪距定位算法中天线相位中心偏差的修正及误差分析

在导航卫星伪距定位算法中,卫星作为质点进行计算,不考虑卫星质心与导航天线相位中心的偏差(PCO)。本文在介绍导航卫星伪距定位算法基础上,提出采用天线相位中心替代卫星质心的方法以修正 PCO 产生的定位计算误差,同时本文给出了基于导航电文和卫星姿态控制策略计算 ECEF 坐标系下天线相位中心的方法。本文将修正前后的伪距定位算法应用到典型的定位计算中并对计算结果进行分析。根据数据分析结果,使用修正前的算法,PCO 在不同方向、 地理位置上产生明显定位计算误差,而使用修正后模型可以消除这种误差。     

导航星座对高轨特定目标导航方法

针对当前各种高轨飞行器对导航需求日益增强的情况,提出一种导航星座对高轨特定目标飞行器进行导航的方法。该方法需要在导航星座卫星配备全数字相控阵天线与指向可调的高增益导航天线。相控阵天线接收目标飞行器发射的用于波达方向(DOA)估计的信号,并对该信号的DOA进行估计,使距飞行器较近的多个导航星座卫星估计得到飞行器相对于自身的相对方向。以该方向为基础,导航卫星可以调节自身的高增益导航天线并使其指向特定目标飞行器,发送导航电文信息,从而使导航星座自主实现对高轨目标飞行器的导航任务。假定导航卫星相控阵天线装配于卫星对天面上,以此为基础对同步轨道的目标飞行器同导航星座各卫星相控阵天线的可见性进行了仿真分析,并在目标可见的基础上对二维DOA估计精确度进行了计算,验证了方法的可行性。     

卫星干扰信号转发天线设计

本文介绍了一种高增益卫星信号转发天线,天线阵元采用十字交叉阵子形式,通过宽带功分移相网络实现圆极化,并采用泰勒综合方法优化了阵面方向图。该阵列具备工作频带宽、 高增益和低副瓣等特点。仿真结果表明,该阵列天线增益大于 12 dBi,旁瓣抑制大于 25 dB,轴比小于 3 dB,适用于多种卫星导航干扰信号的转发。     

满足高精度测量的GNSS自适干扰抑制算法

日益复杂的电磁环境严重干扰了全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）的正常有效运行.多天线空域自适应处理能够有效抑制电磁干扰,但是空域自适应处理算法可能会引入卫星信号载波相位误差.此外,多天线组成的阵列本身存在各种不理想因素也会引入误差,这些对高精度测量系统来说是不可容忍的.为此,本文首先分析了GNSS中常用的空域自适应处理算法在抑制干扰的同时对载波相位测量的影响,在此基础上提出了一种不需要阵列流形信息的盲波束形成算法——二次解重扩算法.其核心思想是在解重扩（De-spread Re-spread,DR）算法的基础上增加频率精估计环节,并根据精估后的载波频率重新构造本地参考信号与接收数据进行相关,从而最小化波束形成权矢量与卫星信号的导向矢量之间的误差,减小了空域抗干扰对卫星信号载波相位的影响.     

馈源喇叭相位中心测量及误差分析

简述了天线相位中心的基本概念,介绍了利用矢量网络分析仪测量馈源喇叭相位方向图的原理和方法程序,论述了由实测的相位方向图,通过对喇叭轴向的适当位移,来确定天线相位中心的一种常规方法,重点推导出由远场数学方程计算出馈源相心位置的实际调整量,快速确定相位中心的简单方法,并给出了C波段喇叭的测量实例,测量结果验证了理论分析的正确性。最后,分析了相位中心位置测量的误差,其均方根误差≤±1.69 mm。     

一种宽频带导航天线的研究与设计

研究并设计了一款基于阿基米德螺旋天线的宽频带(覆盖GPS,BeiDou 和GLONASS 卫星导航系统的所有工作频点,即1.1 -1.7 GHz)高稳定相位中心导航天线。以带有反射腔的阿基米德螺旋天线为基础,结合三维扼流环抑制多径效应的性能,通过加载扼流环,并经有限元电磁仿真软件的参数优化设计,很大程度上改善了整个频带内天线在特定俯仰角范围内的相位稳定度。所设计的宽频带高稳定相位中心导航天线的指标达到:在GPS,BeiDou 和GLONASS 卫星导航系统的所有工作频点上,输入端口驻波比小于1.5;在俯仰角为-60°-60°的范围内,方向图轴比小于2 dB,相位稳定度在-2.7°-2.7°;同时由于扼流环的加载,天线的抗多径性能也得到了改善。研究表明,加载了三维扼流环的阿基米德螺旋天线综合性能优异,适合作为宽频带高稳定相位中心导航天线。     

GPS SATELLITE SIMULATOR SIGNAL ESTIMATION BASED ON ANN

Multi-channel Global Positioning System （GPS） satellite signal simulator is used to provide realistic test signals for GPS receivers and navigation systems. In this paper, signals arriving the antenna of GPS receiver are analyzed from the viewpoint of simulator design. The estimation methods are focused of which several signal parameters are difficult to determine directly according to existing experiential models due to various error factors. Based on the theory of Artificial Neural Network （ANN）, an approach is proposed to simulate signal propagation delay, carrier phase, power, and other parameters using ANN. The architecture of the hardware-in-theloop test system is given. The ANN training and validation process is described. Experimental results demonstrate that the ANN designed can statistically simulate sample data in high fidelity. Therefore the computation of signal state based on this ANN can meet the design requirement, and can be directly applied to the development of multi-channel GPS satellite signal simulator.