北斗卫星导航系统车载天线的设计

摘要如今，人们关注到了北斗卫星导航系统的优势，并已广泛应用，北斗手持机往往采用贴片天线。在使用的过程中，只要将最大的增益方向对准导航卫星，即可获得较好的通信效果，并发挥北斗卫星导航的优势。然而，贴片天线却对车辆的导航提出了挑战。车辆上的天线固定安装，不可能通过旋转天线来对准最大增益方向，因此贴片天线不再适用。从实际应用角度出发，综合考虑车辆的机动性和天线方位角的全向性，本文讨论了一种具有高增益、低仰角等特性的车载天线—圆锥对数螺旋天线，并从实际出发，将天线设计变小，提高其便携性等。该类天线能够解决贴片天线在车载天线应用中的不足。【关键词】北斗卫星导航系统，车载天线，圆锥对数螺旋天线AbstractRecently,peopleareconcernedthatthebenefitsofBeidousatellitenavigationsystem,andhasbeenwidelyused,oftenusingpatchantennaCompasshandset.Intheuseoftheprocess,aslongasthemaximumgaindirectionalignednavigationsatellites,youcangetabettercommunicationeffect,andplayBeidousatellitenavigationadvantage.However,thepatchantennabutthennavigatevehiclesposedachallenge.Fixedlymountedonthevehicleantenna,theantennacannotbealignedbyrotatingthedirectionofmaximumgain,andthereforenotsuitableforthepatchantenna.Fromthepracticalpointofview,consideringthemobilityandomnidirectionalantennaazimuthofthevehicle,thepaperdiscussesahighgain,lowelevationandothercharacteristicsofthevehicleantenna-conicallogarithmicspiralantenna,andtheantennaissmalldesign.Cansolvetheproblemofsuchapatchantennaisanantennain-vehicleantennaapplications.【Keywords】Beidousatellitenavigationsystem,carantennas,conicallogarithmicspiralantenna目录目录...............................................................2一、引言............................................................31.1选题背景.....................................................31.2国内外研究现状..............................................41.3研究的意义..................................................51.4问题的提出与分析............................................61.4.1问题的提出.............................................61.4.2问题的分析.............................................61.5文章结构安排................................................6二相关技术介绍.....................................................72.1北斗卫星导航系统可视分析....................................72.2北斗卫星导航系统相对静态定位精度性能分析....................82.3北斗卫星导航系统精度性能分析................................92.4平面螺旋天线...............................................122.5圆锥对数螺旋天线及其基本结构...............................12三设计目标和方案论证..............................................143.1设计目标....................................................143.2方案论证...................................................15四系统设计........................................................164.1双臂圆锥对数螺旋天线及设计.................................164.2双臂圆锥对数螺旋天线的小型化...............................17五总结与展望......................................................18致谢...............................................................19参考文献...........................................................20致谢................................................错误!未定义书签。一、引言1.1选题背景第一代卫星导航系统是美苏两国在1960年代分别建设了的一个类似的导航系统。一个是美国1963年建成的子午仪，一个是苏联1979年建成的圣卡达。它们的共同点是：都采用高度为1000km的圆形轨道的卫星，导航信号使用150MHz和400MHz的高频信号，每5到6min便会完成一次定位。二维定位每1.5小时至2小时进行一次，定位的精度可以控制在80m到100m。后来，为了将无线电导航统一起来，并实现精度高、连续、进行三维定位以及测速，1973年时美国国防部批准并设计了GPS计划，该方案采用了RNSS伪距定位原理。并且于1994年建成，该方案定位精度。其中PPS服务能够达到8米；而SPS服务为100米。并且，苏联于20世纪70年代建设GLONASS系统。该系统采用19100km的轨道高度，利用24颗卫星，并且有3个轨道面。也利用伪距定位原理，于1995年曾布满星座。全球卫星导航系统GPS、GLONASS已经建成并投入使用,不仅促进了导航定位理论与应用的变革，也促进了相关产业的长足发展。为提高卫星导航定位的自主性、安全性、完好性，并受到国际上对卫星导航系统研究的启发，我国也积极研究该系统，19世纪80年代，我国通过研究决定建设我国独立自主的卫星导航系统(称为Compass北斗)。2003年，Compass导航系统建成，广泛的应用于多个领域。该系统的建成具有重要意义：其一，他在很大程度上提高了卫星导航用户的性能，包括可用性、精确性、完好性和可靠性，但是也不得不面对随即出现的频率资源的竞争。然而，北斗手持机往往采用贴片天线。在使用的过程中，只要将最大的增益方向对准导航卫星，即可获得较好的通信效果，并发挥北斗卫星导航的优势。然而，贴片天线却对车辆的导航提出了挑战。车辆上的天线固定安装，不可能通过旋转天线来对准最大增益方向，因此贴片天线不再适用。因此结合车辆的机动性和天线方位角的全向性，设计一种具备高增益、低仰角等特性的车载天线至关重要。1.2国内外研究现状目前对卫星导航技术的研究和应用十分广阔，也逐渐从军事领域向民事发展，而不是仅控制在军工领域方面，并且也向各行各业发展。下面我们将详细介绍如今卫星导航系统在各行业的应用，以及它带来的方便：在军用方面，“北斗”卫星导航定位系统的军事功能与GPS类似，如：运动目标的定位导航；为缩短反应时间的武器载具发射位置的快速定位；人员搜救、水上排雷的定位需求等。这项功能用在军事上，意味着可主动进行各级部队的定位，也就是说大陆各级部队一旦配备“北斗”卫星导航定位系统，除了可供自身定位导航外，高层指挥部也可随时通过“北斗”系统掌握部队位置，并传递相关命令，对任务的执行有相当大的助益。换言之，大陆可利用“北斗”卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理。卫星导航系统也被应用于民事。首先，可以进行个人位置的定位，当你进入不熟悉的地方时，你可以使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或车载卫星导航装置找到你要走的路线。深圳凯立德科技股份有限公司董事长张文星在2012年9月24日举行的《首届中国卫星导航与位置服务年会》上透漏，自2011年7月份起，凯立德及相关企业自发的组织了一个项目团队，完成了基于北斗的车载卫星导航系统产品，从而实现了北斗卫星导航在民用领域的初步探索，并达到了北斗卫星车载导航万台批次生产能量。北斗导航在气象方面也有广泛应用，并且可以推动北斗导航卫星系统的创新应用，并在各个领域发展业务。北斗导航卫星可以监控天气变化，分析天气预报，及时讲分析数据返回指挥中心，并且能够提高天气预测的准确性，对防止气象灾害也有一定积极作用。道路交通管制方面，卫星导航也将极大的发挥作用。通过卫星导航设备，可以获取车辆的位置信息，再通过合理有效地调度，可以缓解交通堵塞，给用户设计最佳的行车路线。卫星导航同时也给铁路运输领域提供了极大的方便，通过卫星导航确定车辆的位置后，能够给交通管制提供更可靠的依据，实现运输方式的转型，可以通过调控车辆的位置，减少列车行驶时间，也能降低运输成本，避免事故发生。北斗卫星导航系统将广泛应用于铁路运输领域，提供高可靠、高精度的定位、测速以及授时服务，实现交通工具的转型和现代化。1.3研究的意义北斗全球卫星导航系统是无线电导航的最佳系统，北斗卫星导航系统具有很多优势，能够为用户免费提供高质量的开放服务,并且欢迎全球用户使用北斗系统。中国将就卫星导航相关的问题，与多国进行深入的交流以及合作，以此推动GNSS等技术和相关产业的发展。我国愿意通过频率协调，实现与其他系统的兼容和互操作。此外，北斗系统将依据中国的技术和经济发展实际，遵循循序渐进的模式建设。通过改进系统性能，确保系统建设平稳过渡，为用户提供长期连续的服务。我国从20世纪80年代中期开始研究卫星导航技术。GPS原来只应用于军事领域，但是从海湾战争之后，GPS逐渐走向民用市场。与其他导航系统相比，卫星导航具有先天的优越性，人们看准它的商机，并纷纷投入研究，使得卫星导航的市场发展越来越迅速，同时也出现了大批专业的研究人员。卫星导航系统在很多领域都有应用，并且计算机技术的发展也推动了导航系统的发展。现如今，卫星导航系统的发展已经越发迅速，并且向更高层次的技术推进。卫星导航最早应用的领域有很多，其中较为重要的是海运和水运。为了保证船只等各类海上交通工具在行驶过程中的安全，这类工具都会安装卫星导航设备，以此加强水路运输的可靠性。北斗卫星导航系统不受天气影响，能够持续有效地提供安全保障，并且北斗卫星导航系统可开发性较高，能够提供新型服务。然而和GPS等已经较为成熟的卫星导航系统相比，北斗的卫星轨道比较特殊，而且在轨卫星的数目往往较少，这样就对接收终端，