标准化推动我国北斗天线跨越发展

标准化引领科技创新,促进产业化进程,支撑高质量发展。本文通过以北斗天线为例,阐述了研究所以标准化为抓手,在推动我国北斗天线科技创新、产品研发以及生产管理等方面的显著成效和实践经验。

北斗天线的研究现状及其面临的技术问题

介绍北斗用户机的工作原理,概述北斗天线发展的历程、相关技术应用和研究现状、以及面临的技术问题。从北斗系统的原理、应用和技术等方面论述北斗天线的研究方向和发展趋势。

一款基于近场谐振技术的小型化北斗天线设计

针对北斗三代导航卫星系统的工程应用,设计出了一款电小、宽带、圆极化、高效率的北斗天线。该天线设计基于近场谐振寄生(near-field resonant parasitic,NFRP)技术,其中单馈交叉偶极子作为驱动元件,一对正交放置的埃及斧偶极振子作为近场谐振寄生元件位于交叉偶极子的近场,在整个天线系统中既充当反射器实现定向辐射,又产生额外的谐振和最小轴比点以增加阻抗带宽与轴比带宽,两种元件均采用曲折线和箭头末端两种技术,以实现电小形式。此外,位于驱动元件附近的4个T型谐振结构用于进一步改善天线的性能。设计和加工制作了天线样品并进行了测试。测试表明,作为电小天线,天线整体尺寸为34mm×34mm×13.4mm(为1.49GHz对应波长),其|S11|<-10dB的阻抗带宽为1.49-1.87GHz(相对带宽22.6%),3dB轴比带宽为1.52-1.69GHz(相对带宽10.6%),两者均覆盖了北斗三号B1I(中心频率1.561GHz,绝对带宽4.092MHz)与B1C(中心频率1.575GHz,绝对带宽32.736MHz)两个工作频段;在这两个频段内,天线整体辐射方向均为天线法线方向,辐射效率均超过80%。

北斗天线展开电机及齿轮减速机构地面试验

主要介绍了对北斗天线展开电机及齿轮减速机构进行的一系列空间鉴定试验及相应的试验、测试情况,文中较详细地列出了试验中获得的数据,并对各项试验结果进行了分析,最后得出了结论。

载体共形北斗微带天线设计

载体共形北斗天线是飞行载体北斗定位系统的重要组成部分,柱体是构成各种飞行器的基本结构,为了得到一种简便易行、适用于“一类”大长径比柱面的载体共行北斗天线设计方法,论文以23 mm飞行载体为背景,用贴片的方式将单元天线贴附于柱体上,采用侧馈的馈电方式,通过四分之一阻抗变换器与特性阻抗为50Ω的馈线(线宽2.8 mm)连接。仿真结果表明:设计的载体共形北斗微带天线谐振频率为1.563 GHz,在北斗B1频段内同时谐振点处S参数为-40.2017 dB,天线增益方向图呈现E全向,H面定向的效果,可在载体升降过程中应用,并实现法向全向接收。

宽轴比波束双频带北斗导航天线设计

[目的]为了有效拓宽北斗天线3 dB轴比波束宽度,提出一种加载寄生单元的开槽叠层微带贴片天线。[方法]通过叠层基板结构实现北斗双频带特性,并通过开槽拓宽双频段带宽,在贴片边缘切角实现双频带圆极化;同时在贴片周围加载L形寄生单元来拓宽天线的3 dB轴比波束宽度。[结果]实测和仿真结果吻合度较高,在北斗B1和B2频段的相对带宽为3%和7.5%;3 dB轴比波束宽度可达到180°和176°;增益最高可达6 dBi。在北斗接收机试验中,天线搜星数量能达到17颗以上,定位精度在米级以内。[结论]所设计的双频带北斗导航天线具有宽轴比波束宽度和高定位精度,研究结果可为小型北斗导航天线的设计提供参考。

窖井井盖北斗全向天线设计

基于北斗的地下管网及窖井井盖监控是实施城市安全和智慧城市的重要手段，目前存在着监测系统中天线受井盖影响大、安装困难、接收性能差等问题．本文针对上述问题设计了一种应用于北斗B1和GPSL1频段的方形圆极化微带天线，克服目前窖井井盖特殊环境北斗天线安装困难、频带窄易受干扰等缺点．采用ANSOFTHFSS软件进行天线性能仿真，仿真结果表明：设计的井盖北斗天线有效中心频率为1568MHz，电压驻波比小于1．5，波束宽度L1：1575．42±1．023MHz，B1：1561．42±2．048MHz，符合地下管网及窖井井盖监测的实际应用要求．

基于北斗的警犬天线设计及优化

为了有效完成铁路沿线的安全监测,基于北斗警犬状态远程监测系统应运而生,目前存在着监测系统中天线受环境影响大、接收性能差等问题,针对上述问题设计了一种平面微带天线;以单支节调配器为主线,以应用角度出发,分别对其平面及馈线弯折等情况进行了仿真分析,克服铁路特殊环境北斗天线安装困难、频带窄易受干扰等缺点;采用ANSOFT HFSS软件进行天线性能仿真,仿真结果表明,设计的北斗天线有效中心频率为1571 MHz,电压驻波比小于1.5,符合警犬状态远程监测的实际应用要求。

基于北斗的窖井井盖全向天线设计

基于北斗的地下管网及窖井井盖监控是实施城市安全和智慧城市的重要手段,目前存在着监测系统中天线受井盖影响大、安装困难、接收性能差等问题。本文针对上述问题设计了一种应用于北斗B1和GPSL1频段的方形圆极化微带天线,克服目前窖井井盖特殊环境北斗天线安装困难、频带窄、易受干扰等缺点。采用ANSOFT HFSS软件进行天线性能仿真,仿真结果表明,设计的井盖北斗天线有效中心频率为1568MHz,电压驻波比小于1.5,波束宽度GPSL1频段为1575.42±1.023MHz,北斗B1频段为1561.42±2.048MHz,符合地下管网及窖井井盖监测的实际应用要求。

北斗短基线双天线旋转快速定向方法

针对无人运载器的快速定向需求,提出北斗双天线基线连续旋转整周和0°~180°两位置的两种快速定向方法。把一对北斗天线安装在一个旋转机构上,使双天线基线绕旋转机构中心轴转动,改变北斗双天线基线方向,运用卫星载波相位双差模型,计算出载波相位双差的整周模糊度,进而获得双天线基线航向角,通过旋转机构角度输出值,得到载体的真实航向。采用自行研制的旋转试验装置,验证了北斗短基线双天线两种旋转定向方法。对于0.3m北斗短基线双天线,载体定向精度优于1°。当北斗双天线接收机能够接收到4颗卫星时,上述两种方法都能够确定真实航向。与商业OEM定向板卡相比,所提出的定向方法定向速度快,定向精度高。

北斗GPS天线在预制舱中的应用分析及安装方案优化

本文针对智能变电站预制舱中所需要使用的北斗天线和GPS天线,分析了其在预制舱中安装布置的依据,阐述了天线在预制舱中的作用,同时分析了现有天线安装方案的缺陷不足,提出了切实可行的天线安装优化方案,使其操作更加简单,从而减少了后续的工作量。

北斗四阵元天线自适应抗干扰技术研究

北斗导航卫星定位系统建设对自适应抗干扰技术的应用提出了更高的要求。值得注意的是,从目前北斗导航系统运行情况看,存在的干扰源仍较多,为抗干扰工作带来极大的难题,要求不断完善自适应抗干扰技术。文章对北斗导航系统进行简要概述,分析自适应干扰抑制算法与基于功率倒置算法的应用,并对应用改进算法取得的成效做仿真分析。

弹丸前端抗高过载北斗接收天线

针对弹载卫星接收天线小型化、方向图覆盖及抗高过载的综合性问题,提出了弹丸前端抗高过载北斗接收天线。该天线基于微带振子天线原理,利用天线曲流技术将天线振子折线形成伞形微带振子,同时在天线背面的振子天线内侧通过开槽形成电容加载,缩小了天线尺寸,并采用对称微带振子馈电结构实现了天线方向图在赤道面为圆形,子午面为“∞”字形的全向辐射。仿真、测试与试验表明,弹丸前端抗高过载北斗接收天线性能指标优良,具有体积小、易加工安装、方向图稳定等特点,在承受高过载的发射条件下满足产品全弹道卫星定位。研究成果可应用于不同榴弹平台的卫星接收天线设计。

便携式北斗/GPS天馈线测试仪研究及应用

为进一步解决车载CIR卫星定位单元功能测试的全面性和准确性,强化作业的管控和质量,设计了基于手持终端的便携式GPS/北斗天馈线测试仪。文章详细介绍了设备的构成、功能、关键技术及现场应用等内容,该设备能够准确测试CIR卫星定位单元接收机的板载电压和板载电流、GPS/北斗天线的驻波比、接收星个数、信噪比、经纬度信息等功能,完成了从接收机到天馈线的全面测试,具有良好的实用价值。

基于锥形微波暗室的北斗导航天线测试系统

天线作为北斗卫星导航系统中至关重要的部件,其性能的优劣直接影响整个导航系统的性能。文中首先介绍了天线的基本电参数,其次介绍北斗天线标准中规定的测试环境、测试设备以及测试项目,最后讲述了基于锥型微波暗室的北斗导航天线测试系统。

特定电磁环境下“北斗一号”系统与GPS组合接收机天线的设计与评估

针对"北斗一号"("BD-1")系统与GPS系统组合接收机在特定电磁环境下的需求,设计了一种组合接收机天线。该组合天线融合了四臂螺旋天线(FHA)与GPS微带天线的特点,并考虑了天线的空间结构。设计的组合天线具有良好的电磁兼容性,仿真结果表明该天线对于接收"北斗"和GPS信号都具有较好的圆极化轴比和增益方向图。研制的组合天线在微波暗室测试中和实际使用中都取得了较好结果。

基于多台北斗接收机的测姿精度对目标定位精度影响分析

飞机姿态测量是无人机系统目标定位的重要环节。该文拟采用多台北斗天线测姿,分析了北斗接收天线测姿精度对机载光电平台目标定位精度的影响。为此,本文建立机载光电平台目标定位系统模型,用蒙特卡洛法分析目标定位误差,并对飞机姿态测量误差在0.05°-1°范围内以及飞行高度在1 000-8 000m时的垂直下视和斜视目标定位误差进行比较。实验结果表明,在姿态测量误差及飞行高度范围内,垂直下视目标定位高程误差在20 m左右,平面定位误差为23-65m;斜视定位（-60°斜视,俯仰轴以水平向前为0°）大地高误差为20-30m,平面定位误差为24-71m。同时分析了天线摆放及基线长度对测姿精度的影响。目标定位误差主要与飞机姿态角测量误差、北斗系统误差、光电平台方位角和高低角测量误差有关,还与目标与飞机之间的斜距有关。飞行高度越大,光电平台高低角越小,斜距越大,则目标定位误差越大。基线越长,测姿精度越高,当基线垂直时,横滚角误差最小。

北斗导航自适应抗干扰技术的研究

把北斗双频抗干扰作为研究对象,以天线接收B1和S两个频点信号的抗干扰处理为研究重点.首先构建了双频圆阵的阵列信号模型,阐述了空时二维滤波的原理,权值的确认准则LCMV,以及功率倒置阵列的特性,在此基础上采用LMS算法得到空时滤波的最优权值,并对该算法的性能进行matlab仿真.仿真结果表明:基于四阵元圆阵的LMS功率倒置空时二维算法能够在干扰的来向形成较深零陷.最后将仿真过的算法在FPGA硬件平台上实现,进一步验证算法的可行性.

仅用作航空器追踪的北斗机载设备适航要求分析

北斗卫星导航系统(简称北斗)在民用航空器中安装应用的前提是明确和符合北斗机载设备的适航要求。但由于全球定位系统(GPS)与北斗在星座结构、信号体制及功能上的不同,导致目前国际上全球卫星导航系统(GNSS)相关适航标准不适用于北斗设备。标准的缺失严重制约北斗民航产业发展,急需进行自主研究与制定。针对北斗在民用航空器中应用第一阶段的功能及场景,即仅用作航空器追踪,分析当前可参考标准的适用性,明确适航要求的制订策略及框架,综合考虑适航安全性、民航对北斗机载设备的紧迫需求,未来机载设备的发展方向,以及当前工业水平,提出一套仅用作航空器追踪的北斗机载设备适航要求,形成审定要素及评审要求,可支持工业方对适航标准的理解。