Panorama general del desarrollo de antenas GNSS de alta precisión.

introducción

Gracias al continuo desarrollo y mejora de la tecnología de posicionamiento por satélite, la tecnología de posicionamiento de alta precisión se utiliza en todos los ámbitos de la vida moderna. Por ejemplo, en campos como la topografía y la cartografía, la agricultura de precisión, los drones y la conducción autónoma, la tecnología de posicionamiento de alta precisión está presente en todas partes. En particular, con la finalización de la interconexión del sistema de navegación por satélite de nueva generación de Beidou y la llegada de la era 5G, se espera que el continuo desarrollo de Beidou + 5G impulse la aplicación de la tecnología de posicionamiento de alta precisión en la gestión de aeropuertos, la inspección robótica, la monitorización de vehículos, la gestión logística y otros campos. La implementación de la tecnología de posicionamiento de alta precisión depende inseparablemente del soporte de antenas, algoritmos y placas de alta precisión. Este artículo presenta principalmente el desarrollo y la aplicación de las antenas de alta precisión y el estado actual de la tecnología.

1. Desarrollo y aplicación de antenas GNSS de alta precisión

1.1 Introducción a las antenas de alta precisión
En el campo de los sistemas GNSS, las antenas de alta precisión son un tipo de antena que requiere una estabilidad especial de su centro de fase. Suelen utilizarse junto con tarjetas de alta precisión para lograr un posicionamiento de alta precisión a nivel centimétrico o milimétrico. En el diseño de antenas de alta precisión, se suelen requerir parámetros específicos como el ancho del haz, la ganancia de elevación baja, la desviación de redondez, el coeficiente de atenuación, la relación frontal-posterior y la resistencia a la multitrayectoria. Estos parámetros influyen directa o indirectamente en la estabilidad del centro de fase de la antena, afectando así la precisión del posicionamiento.

1.2 Aplicación y clasificación de antenas de alta precisión
Las antenas GNSS de alta precisión se utilizaron inicialmente sobre todo en el campo de la topografía y la cartografía para lograr una precisión de posicionamiento estático a nivel milimétrico en el replanteo de obras, la cartografía topográfica y diversos procesos de medición y control. A medida que la tecnología de posicionamiento de alta precisión madura, estas antenas se utilizan cada vez más en diversos campos, como estaciones de referencia de operación continua, monitorización de deformaciones, monitorización sísmica, topografía y cartografía, drones, agricultura de precisión, conducción autónoma, pruebas y formación de conductores, maquinaria de ingeniería y otros sectores industriales. Los requisitos de los índices de rendimiento de las antenas varían significativamente según la aplicación.

1.2.1 Sistema CORS, monitoreo de deformaciones, antena de estación de referencia para monitoreo de terremotos
Cuando se utilizan antenas de alta precisión en estaciones de referencia de operación continua, se obtiene información de posición precisa mediante observaciones a largo plazo, y los datos de observación se transmiten al centro de control en tiempo real a través del sistema de comunicación de datos. El centro de control calcula los parámetros de corrección de errores en el área y luego envía la información de error al receptor móvil (usuario) a través del sistema de mejora terrestre, el sistema de mejora de área amplia, el sistema de mejora basado en satélites, etc., lo que finalmente permite al usuario obtener información de coordenadas precisa [1].En aplicaciones como la monitorización de deformaciones y la monitorización de terremotos, es necesario controlar con precisión la magnitud de la deformación y detectar pequeñas deformaciones para predecir la ocurrencia de desastres naturales.Por lo tanto, en el diseño de antenas de alta precisión para aplicaciones como estaciones de referencia de operación continua, monitoreo de deformaciones y monitoreo sísmico, lo primero que debe considerarse es su excelente estabilidad del centro de fase y su capacidad para contrarrestar la interferencia por trayectos múltiples, de modo que se pueda proporcionar información de posición precisa en tiempo real a diversos sistemas de mejora. Además, para proporcionar la mayor cantidad posible de parámetros de corrección satelital, la antena debe recibir la señal de la mayor cantidad de satélites posible, y la configuración de banda completa de cuatro sistemas se ha convertido en una configuración estándar. En dichas aplicaciones, una antena de estación de referencia (antena de estación base) que cubre la banda de frecuencia completa de los cuatro sistemas se utiliza habitualmente como antena de observación del sistema.

1.2.2 Medición y mapeo: antena de medición integrada
En el ámbito de la medición y la cartografía, es necesario diseñar una antena de medición integrada de fácil incorporación. Esta antena suele estar ubicada sobre el receptor RTK para lograr un posicionamiento de alta precisión en tiempo real.Las principales consideraciones en el diseño de antenas de medición integradas incluyen la cobertura de banda de frecuencia, la cobertura del haz, la estabilidad del centro de fase, el tamaño de la antena, etc. Especialmente con la popularización de las aplicaciones RTK en red, las antenas de medición integradas de red completa que integran 4G, Bluetooth y Wi-Fi han ido ganando terreno en el mercado. Desde su lanzamiento en 2016, han sido las preferidas por la mayoría de los fabricantes de receptores RTK y se han utilizado y promocionado ampliamente.
1.2.3 Prueba de conducción y formación de conductores, conducción autónoma - antena de medición externa
El sistema tradicional de pruebas de conducción presenta numerosas desventajas, como un elevado coste de inversión, altos costes de operación y mantenimiento, un gran impacto ambiental y baja precisión. Tras la incorporación de antenas de alta precisión al sistema de pruebas de conducción, este pasa de un juicio manual a un juicio inteligente, con una alta precisión, lo que reduce considerablemente los costes humanos y materiales de la prueba.En los últimos años, los sistemas de conducción autónoma se han desarrollado rápidamente. En la conducción autónoma, se suele utilizar tecnología de posicionamiento que combina el posicionamiento RTK de alta precisión con la navegación inercial, lo que permite alcanzar una alta precisión de posicionamiento en la mayoría de los entornos.En las pruebas de conducción, la formación de conductores, la conducción autónoma y otros sistemas, se suele utilizar una antena de medición externa, que requiere que la antena tenga bandas de frecuencia de trabajo multisistema y multifrecuencia, sea capaz de lograr una mayor precisión de posicionamiento, tenga cierta capacidad para suprimir señales multitrayecto, tenga una buena adaptabilidad ambiental y pueda utilizarse en exteriores durante mucho tiempo sin fallos.

1.2.4 Antena de dron de alta precisión
La industria de los vehículos aéreos no tripulados (UAV) ha experimentado un rápido desarrollo en los últimos años. Los UAV se utilizan ampliamente en la protección de cultivos agrícolas, la topografía y la cartografía, la inspección de líneas eléctricas y otros ámbitos. En estos escenarios, solo las antenas de alta precisión pueden garantizar la exactitud, la eficiencia y la seguridad de las operaciones. Dado que los drones se caracterizan por su alta velocidad, su peso ligero y su corta autonomía, el diseño de antenas de alta precisión para drones se centra principalmente en factores como el peso, el tamaño y el consumo de energía, buscando un diseño de banda ancha lo más amplio posible sin comprometer el peso ni el tamaño.

2. Estado actual de la tecnología de antenas GNSS en el país y en el extranjero.

2.1 Estado actual de la tecnología de antenas de alta precisión en el extranjero
La investigación extranjera sobre antenas de alta precisión comenzó hace tiempo, y se han desarrollado diversos productos con un rendimiento superior, como las antenas de bobina de choque de la serie GNSS 750 de NoVatel, las antenas de la serie Zepryr de Trimble y las antenas Leica AR25, entre otras, que presentan numerosas innovaciones en sus diseños. Por consiguiente, durante mucho tiempo, el mercado nacional de antenas de alta precisión estuvo dominado por productos extranjeros. Sin embargo, en los últimos diez años, con el auge de numerosos fabricantes nacionales, las antenas GNSS de alta precisión extranjeras prácticamente han perdido su ventaja en cuanto a rendimiento. En cambio, los fabricantes nacionales de antenas de alta precisión han comenzado a expandir sus mercados en el extranjero.Además, en los últimos años han surgido en el extranjero algunos fabricantes de antenas GNSS, como Maxtena y Tallysman. Sus productos son principalmente antenas GNSS pequeñas utilizadas en drones, vehículos y otros sistemas. La antena suele tener forma de microcinta con alta constante dieléctrica o de hélice de cuatro brazos. Los fabricantes extranjeros ya no tienen ventaja en el diseño de este tipo de antenas, y los productos nacionales e internacionales están entrando en un periodo de competencia homogénea.