衛(wèi)星導航系統(tǒng)中的測量型天線技術研究

　　天線相位中心的變化和多徑效應是影響衛(wèi)星導航接收機測量精度的顯著誤差源，在高精度測量應用中不能忽視?；谶@- -應用背景， 本文從測量型天線入手，分析天線的相位中心特性和多徑抑制能力，著重研究天線性能對定位精度的影響、高穩(wěn)定相位中心天線的設計、相位中心的暗室標定方法和扼流圈多徑抑制技術。全文內(nèi)容分為四大部分：

　　第一部分研究天線性能對導航定位精度的影響。辨析了天線相位中心的概念，分析了天線相位中心變化對定位結果的影響，指出減小相位中心變化影響的途徑：天線設計和相位中心標定。建立多徑信號的簡單數(shù)學模型，分析多徑環(huán)境下天線性能指標對接收機載波幅度/相位的影響，從而確定天線指標與載波幅度/相位誤差之間的關系，為導航接收機天線設計提供依據(jù)。

　　第二部分重點研究了平面阿基米德縫隙螺旋天線。對縫隙螺旋天線進行了參數(shù)分析，目的是了解天線參數(shù)變化對天線性能的影響，然后在此基礎上優(yōu)化設計一款天線。優(yōu)化天線的性能實測結果表明：其法向增益、低仰角增益、軸比、3dB帶寬和相位中心穩(wěn)定度均比初始結構天線有很大提高;與Novatel公司采用同樣技術的GPS-702天線相比，優(yōu)化結構的天線法向增益、低仰角增益和帶寬都有較大改善，相位中心穩(wěn)定度基本相同。最后提出一種內(nèi)外圈饋電的雙頻段八臂縫隙螺旋天線，該種結構的天線可實現(xiàn)雙頻段雙接口輸出，且雙頻段的圓極化方式任意組合。

　　第三部分著重研究了天線相位中心微波暗室標定方法。天線相位中心的暗室標定方法原理是對天線的實測相位方向圖做數(shù)據(jù)處理，利用最小二乘法估計出相位中心偏差和相位中心變化量。對標定方法進行了誤差分析，以理論分析和數(shù)值仿真相結合查找主要誤差源，給出減小標定誤差的方法。實際的天線相位中心標定例子表明暗室標定結果與NGS給出的室外標定結果基本-致，偏差小于2mm，多次重復標定的偏差小于1mm，證明了標定方法的可信性。

　　第四部分研究了扼流圈多徑抑制技術。利用表面阻抗模型分析扼流圈邊界條件，獲得扼流圈結構尺寸的選取原則。仿真分析扼流圈參數(shù)變化對天線性能的影響，在此基礎上以提高低仰角增益和多徑抑制能力為目標優(yōu)化扼流圈的結構參數(shù)，設計制作了一款三維扼流圈。 給出幾種不同類型的天線安裝在三維扼流圈前后的性能測試結果，結果表明： （1）扼流圈不影響天線的相位中心穩(wěn)定度; （2） 扼流圈天線的多徑抑制能力和低仰角增益是個矛盾，提高天線的多徑抑制能力，就降低了天線的低仰角增益。

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　　本文研究成果為高精度衛(wèi)星導航測量型天線設計提供參考依據(jù)，為天線多徑抑制技術和相位中心的暗室標定方法提供方法指導。