一種改進(jìn)的天線傾角設(shè)計(jì)方法

摘 要本文提出了一種使用衛(wèi)星信號(hào)模擬源進(jìn)行天線傾角設(shè)計(jì)的方法，改進(jìn)了以往天線傾角僅能依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀。全文以具體項(xiàng)目為例，描述了天線傾角的完整設(shè)計(jì)過程，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】信號(hào)模擬源 天線傾角 仿真

為了獲得較大的天線增益，捕獲更多的衛(wèi)星，衛(wèi)星信號(hào)接收天線普遍以陣面水平的方式固定在載體上。但當(dāng)載體在運(yùn)動(dòng)過程中，俯仰角發(fā)生較大的變化時(shí)，為滿足載體運(yùn)行全程衛(wèi)星定位可用，需要設(shè)計(jì)天線陣面相對(duì)載體水平面具有一定的傾斜角。在以往的方法中，天線傾角僅依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒有太多可供參考的數(shù)據(jù)。

本文以某導(dǎo)航產(chǎn)品的天線傾角設(shè)計(jì)為例，提出了一種基于衛(wèi)星信號(hào)模擬源的天線傾角設(shè)計(jì)方法。

1 衛(wèi)星信號(hào)模擬源簡(jiǎn)介

隨著全球各大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的成熟和完善，各式各樣的導(dǎo)航產(chǎn)品也應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)各類導(dǎo)航產(chǎn)品的性能和質(zhì)量進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的評(píng)估成了導(dǎo)航產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵一環(huán)。

對(duì)導(dǎo)航產(chǎn)品的性能評(píng)估主要有兩種方式，一種是接收空中的實(shí)際衛(wèi)星信號(hào)，但這種方式受到鐘差、電離層、衛(wèi)星分布等多種不可控誤差的影響，不具備可重復(fù)性，不利于導(dǎo)航產(chǎn)品的性能比對(duì)和持續(xù)改進(jìn)，另一種方式是使用衛(wèi)星信號(hào)模擬源，各類誤差、信號(hào)強(qiáng)度等均由仿真產(chǎn)生，完全可控和可重復(fù)，在導(dǎo)航產(chǎn)品的測(cè)試中使用的比重越來越高。

除了用做導(dǎo)航產(chǎn)品的測(cè)試儀器外，衛(wèi)星信號(hào)模擬源也可用來對(duì)導(dǎo)航產(chǎn)品的一些關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 天線傾角的設(shè)計(jì)過程

2.1 載體俯仰角變化規(guī)律

當(dāng)載體運(yùn)動(dòng)過程中俯仰角發(fā)生改變時(shí)，固定在載體上的天線陣面對(duì)天的角度也會(huì)發(fā)生改變，所以要設(shè)計(jì)天線陣面相對(duì)載體水平面的傾角，需首先明確載體運(yùn)行全程俯仰角的變化規(guī)律。

2.2 信號(hào)源仿真條件設(shè)置

實(shí)際應(yīng)用中，載體在運(yùn)行過程中俯仰角在不斷發(fā)生變化，載體天線相對(duì)于水平傾斜角也隨之不斷變化，如圖1所示。載體俯仰角為θ1，天線與載體夾角為θ2，則天線相對(duì)于水平方向夾角為θ=θ1+θ2。

不考慮其他因素，在理想的情況下，天線與載體夾角為θ2時(shí)，統(tǒng)計(jì)在載體運(yùn)動(dòng)過程中天線的最少收星數(shù)量，對(duì)應(yīng)不同的夾角θ2得到不同的采樣點(diǎn)，最終給出測(cè)試曲線。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果選取合適的傾斜角度θ2，滿足載體運(yùn)行過程中天線收星最佳。

仿真條件如下：

（1）仿真應(yīng)用區(qū)域：考慮到天線在整個(gè)亞太地區(qū)的使用情況，分別選擇了以下5個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行仿真，經(jīng)緯度分別是（73°E，19°N）、（86°E，41°N）、（98°E，39°N）、（112°E，28°E）和（124°E，26°N）；

（2）仿真應(yīng)用時(shí)間：分別在本地時(shí)間2016年1月6日的整點(diǎn)時(shí)間1時(shí)、6時(shí)、11時(shí)、16時(shí)和21時(shí)；

（3）仿真天線相對(duì)載體傾斜角范圍：天線與載體夾角0°到45°范圍內(nèi)，每5°統(tǒng)計(jì)一個(gè)采樣。

2.3 仿真分析過程

在各區(qū)域，根據(jù)仿真條件進(jìn)行各種狀態(tài)下接收機(jī)收星數(shù)的仿真，當(dāng)天線最少收星數(shù)不少于6顆時(shí)，統(tǒng)計(jì)仿真結(jié)果中天線的傾斜角度，得到的天線傾角最佳角度范圍如表1所示。

對(duì)天線最佳傾斜角度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2所示，由圖中可知，本項(xiàng)目中天線陣面相對(duì)于載體的最佳傾斜角度為25°。

2.4 仿真結(jié)果驗(yàn)證

將天線相對(duì)于載體的傾斜角度固定為25°，在各測(cè)試區(qū)域?qū)μ炀€傾角進(jìn)行仿真驗(yàn)證，取當(dāng)?shù)厝毂镜貢r(shí)間0時(shí)至24時(shí)，根據(jù)載體的俯仰角變化進(jìn)行天線收星數(shù)分析。

仿真結(jié)果顯示，在各測(cè)試區(qū)域，當(dāng)設(shè)計(jì)天線傾角為25°時(shí)，24小時(shí)內(nèi)任何時(shí)段，天線在載體運(yùn)行全程收星均不少于6顆，滿足天線傾角設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)束語

隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星信號(hào)模擬源在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域發(fā)揮的作用也越來越大。文章中使用衛(wèi)星信號(hào)模擬源進(jìn)行天線傾角設(shè)計(jì)就是對(duì)模擬源應(yīng)用的一次創(chuàng)新嘗試。

參考文獻(xiàn)

[1]謝金石.北斗導(dǎo)航信號(hào)源發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].全球定位系統(tǒng)，2016（05）：52-55.

作者簡(jiǎn)介

趙晶（1980-），男，陜西省西安市人。在中國(guó)電科第二十研究所導(dǎo)航事業(yè)部任職。主要研究方向?yàn)樾l(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)總體技術(shù)。

作者單位

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所 陜西省西安市 710068