خط تلفن خدمات
اخبار
اخبار
مروری بر توسعه آنتنهای با دقت بالای GNSS
2021-12-28
549
معرفی
با توسعه و بهبود مستمر فناوری موقعیتیابی ماهوارهای، فناوری موقعیتیابی با دقت بالا در تمام جنبههای زندگی مدرن مورد استفاده قرار گرفته است. به عنوان مثال، در زمینههایی مانند نقشهبرداری و نقشهبرداری، کشاورزی دقیق، پهپادها و رانندگی بدون سرنشین، فناوری موقعیتیابی با دقت بالا را میتوان در همه جا مشاهده کرد. به ویژه با تکمیل شبکهبندی سیستم ناوبری ماهوارهای نسل جدید Beidou و ورود به دوران 5G، انتظار میرود توسعه مداوم Beidou + 5G کاربرد فناوری موقعیتیابی با دقت بالا را در اعزام فرودگاهی، بازرسی رباتها، نظارت بر وسایل نقلیه، مدیریت لجستیک و سایر زمینهها ارتقا دهد. تحقق فناوری موقعیتیابی با دقت بالا از پشتیبانی آنتنهای با دقت بالا، الگوریتمهای با دقت بالا و بردهای با دقت بالا جداییناپذیر است. این مقاله عمدتاً به معرفی توسعه و کاربرد آنتنهای با دقت بالا و وضعیت فعلی فناوری میپردازد.
۱. توسعه و کاربرد آنتنهای با دقت بالای GNSS
۱.۱ مقدمهای بر آنتنهای با دقت بالا
در حوزه GNSS، آنتنهای با دقت بالا نوعی آنتن هستند که الزامات ویژهای برای پایداری مرکز فاز آنتن دارند. آنها معمولاً همراه با بردهای با دقت بالا برای دستیابی به موقعیتیابی با دقت بالا در سطح سانتیمتر یا میلیمتر استفاده میشوند. در طراحی آنتنهای با دقت بالا، معمولاً الزامات ویژهای برای شاخصهای زیر در آنتن وجود دارد: پهنای پرتو آنتن، بهره ارتفاع کم، عدم گرد بودن، ضریب غلتش، نسبت جلو به عقب، مقاومت چندمسیره و غیره. این شاخصها به طور مستقیم یا غیرمستقیم بر پایداری مرکز فاز آنتن تأثیر میگذارند و در نتیجه بر دقت موقعیتیابی تأثیر میگذارند.
۱.۲ کاربرد و طبقهبندی آنتنهای با دقت بالا
آنتنهای GNSS با دقت بالا در ابتدا عمدتاً در زمینه نقشهبرداری و نقشهبرداری برای دستیابی به دقت موقعیتیابی استاتیک در سطح میلیمتر در مهندسی، نقشهبرداری توپوگرافی و فرآیندهای مختلف اندازهگیری کنترلی مورد استفاده قرار میگرفتند. با بالغتر شدن فناوری موقعیتیابی با دقت بالا، آنتنهای با دقت بالا به تدریج در زمینههای بیشتر و بیشتری از جمله ایستگاههای مرجع با عملکرد مداوم، نظارت بر تغییر شکل، نظارت بر زلزله، نقشهبرداری و نقشهبرداری، پهپادها، کشاورزی دقیق، رانندگی خودران، آزمون رانندگی و آموزش رانندگی، ماشینآلات مهندسی و سایر زمینههای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند. الزامات شاخص برای آنتنها در کاربردهای مختلف نیز به طور قابل توجهی متفاوت است.
۱.۲.۱ سیستم CORS، پایش تغییر شکل، پایش زلزله - آنتن ایستگاه مرجع
وقتی آنتنهای با دقت بالا در ایستگاههای مرجعِ پیوسته در حال کار استفاده میشوند، اطلاعات دقیق موقعیت از طریق مشاهدات طولانیمدت به دست میآید و دادههای مشاهده از طریق سیستم ارتباط داده به صورت بلادرنگ به مرکز کنترل منتقل میشوند. مرکز کنترل پارامترهای تصحیح خطا را در منطقه محاسبه میکند و سپس اطلاعات خطا را از طریق سیستم بهبود زمینی، سیستم بهبود منطقهای گسترده، سیستم بهبود ماهوارهای و غیره به کاوشگر (کاربر نهایی) ارسال میکند و در نهایت به کاربر اجازه میدهد اطلاعات مختصات دقیقی را به دست آورد [1].در کاربردهایی مانند پایش تغییر شکل و پایش زلزله، لازم است میزان تغییر شکل به طور دقیق پایش شود و تغییر شکلهای کوچک برای پیشبینی وقوع بلایای طبیعی تشخیص داده شوند.بنابراین، در طراحی آنتنهای با دقت بالا در کاربردهایی مانند ایستگاههای مرجع با عملکرد مداوم، پایش تغییر شکل و پایش زلزله، اولین چیزی که باید در نظر گرفته شود، پایداری عالی مرکز فاز و قابلیتهای ضد تداخل چندمسیری آن است، به طوری که اطلاعات دقیق موقعیت را بتوان به صورت بلادرنگ برای سیستمهای مختلف بهبود ارائه داد. علاوه بر این، برای ارائه هرچه بیشتر پارامترهای تصحیح ماهواره، آنتن باید تا حد امکان ماهوارههای بیشتری را دریافت کند و پیکربندی باند کامل چهار سیستمی به یک پیکربندی استاندارد تبدیل شده است. در چنین کاربردهایی، معمولاً از یک آنتن ایستگاه مرجع (آنتن ایستگاه پایه) که باند فرکانسی کامل چهار سیستم را پوشش میدهد، به عنوان آنتن مشاهده سیستم استفاده میشود.
۱.۲.۲ آنتن اندازهگیری توکار برای اندازهگیری و نقشهبرداری
در زمینه اندازهگیری و نقشهبرداری، طراحی یک آنتن اندازهگیری داخلی که به راحتی قابل ادغام باشد، ضروری است. این آنتن معمولاً در بالای گیرنده RTK ساخته میشود تا در زمینه اندازهگیری و نقشهبرداری، موقعیتیابی با دقت بالا و به صورت بلادرنگ انجام شود.ملاحظات اصلی در طراحی آنتنهای اندازهگیری داخلی شامل پوشش باند فرکانسی، پوشش پرتو، پایداری مرکز فاز، اندازه آنتن و غیره است. به خصوص با محبوبیت کاربردهای RTK شبکهای، آنتنهای اندازهگیری داخلی تمام شبکهای که 4G، بلوتوث و WiFi را ادغام میکنند، به تدریج سهم عمدهای از بازار را به خود اختصاص دادهاند. از زمان عرضه آنها در سال 2016، مورد توجه اکثر تولیدکنندگان گیرنده RTK قرار گرفتهاند و به طور گسترده مورد استفاده و تبلیغ قرار گرفتهاند.
۱.۲.۳ آزمون رانندگی و آموزش رانندگی، رانندگی بدون راننده - آنتن اندازهگیری خارجی
سیستم سنتی آزمون رانندگی معایب زیادی دارد، مانند هزینه سرمایهگذاری بالا، هزینههای بالای بهرهبرداری و نگهداری، تأثیر زیاد بر محیط زیست، دقت پایین و غیره. پس از نصب آنتنهای با دقت بالا در سیستم آزمون رانندگی، سیستم آزمون رانندگی از قضاوت دستی به قضاوت هوشمند با دقت قضاوت بالا تغییر میکند که هزینههای انسانی و مادی آزمون رانندگی را تا حد زیادی کاهش میدهد.در سالهای اخیر، سیستمهای رانندگی بدون سرنشین به سرعت توسعه یافتهاند. در رانندگی بدون سرنشین، معمولاً از فناوری موقعیتیابی که ترکیبی از موقعیتیابی با دقت بالای RTK و ناوبری اینرسی است، استفاده میشود که میتواند در اکثر محیطها به دقت موقعیتیابی بالایی دست یابد.در آموزش رانندگی در آزمون رانندگی، رانندگی بدون راننده و سایر سیستمها، اغلب از آنتن اندازهگیری خارجی استفاده میشود که مستلزم آن است که آنتن دارای باندهای فرکانس کاری چند سیستمی و چند فرکانسی باشد، بتواند به دقت موقعیتیابی بالاتری دست یابد، توانایی خاصی در سرکوب سیگنالهای چندمسیره داشته باشد و سازگاری خوبی با محیط داشته باشد و بتواند برای مدت طولانی بدون خرابی در محیطهای بیرونی استفاده شود.
۱.۲.۴ آنتن پهپاد با دقت بالا
صنعت پهپاد در سالهای اخیر به سرعت توسعه یافته است. پهپادها به طور گسترده در حفاظت از گیاهان کشاورزی، نقشهبرداری و نقشهبرداری، بازرسی خطوط برق و سایر سناریوها مورد استفاده قرار گرفتهاند. در چنین سناریوهایی، تنها آنتنهای با دقت بالا میتوانند دقت، کارایی و ایمنی عملیات مختلف را تضمین کنند. از آنجایی که پهپادها دارای ویژگیهای سرعت بالا، بار سبک و استقامت کوتاه هستند، طراحی آنتنهای پهپاد با دقت بالا عمدتاً بر عواملی مانند وزن، اندازه و مصرف برق تمرکز دارد و ضمن تضمین وزن و اندازه، به طراحی با پهنای باند هرچه بیشتر دست مییابد.
۲. وضعیت فعلی فناوری آنتنهای GNSS در داخل و خارج از کشور
۲.۱ وضعیت فعلی فناوری آنتنهای با دقت بالای خارجی
تحقیقات خارجی در مورد آنتنهای با دقت بالا زودتر آغاز شد و مجموعهای از محصولات آنتن با دقت بالا با عملکرد بهتر، مانند آنتنهای چوک کویل سری GNSS 750 شرکت NoVatel، آنتنهای سری Zepryr شرکت Trimble، آنتنهای Leica AR25 و غیره، توسعه یافتهاند که در میان آنها اشکال نوآورانه آنتن زیادی وجود دارد. بنابراین، برای مدت طولانی در گذشته، بازار آنتن با دقت بالای کشور من تحت سلطه محصولات خارجی بود. با این حال، در ده سال گذشته، با ظهور تعداد زیادی از تولیدکنندگان داخلی، آنتنهای GNSS با دقت بالای خارجی اساساً هیچ مزیتی در عملکرد ندارند. در عوض، تولیدکنندگان داخلی با دقت بالا شروع به گسترش بازارها در خارج از کشور کردهاند.علاوه بر این، برخی از تولیدکنندگان جدید آنتنهای GNSS در سالهای اخیر در خارج از کشور توسعه یافتهاند، مانند Maxtena، Tallysman و غیره. محصولات آنها عمدتاً آنتنهای GNSS کوچکی هستند که در پهپادها، وسایل نقلیه و سایر سیستمها استفاده میشوند. شکل آنتن معمولاً یک آنتن میکرواستریپ با ثابت دیالکتریک بالا یا یک آنتن مارپیچ چهار بازویی است. تولیدکنندگان خارجی دیگر در فناوری طراحی این نوع آنتن مزیتی ندارند و محصولات داخلی و خارجی وارد دورهای از رقابت همگن میشوند.
۲.۲ وضعیت فعلی فناوری آنتنهای با دقت بالای داخلی
تجاریسازی آنتنهای با دقت بالای داخلی دیر آغاز شد، اما به سرعت توسعه یافت. در ده سال گذشته، تعدادی از تولیدکنندگان داخلی آنتنهای با دقت بالا شروع به رشد و توسعه کردهاند، مانند Huaxin Antenna، Hi-Tech، Dingyao، Jiali Electronics و غیره، و مجموعهای از محصولات آنتن با دقت بالا را با حقوق مالکیت معنوی مستقل توسعه دادهاند.برای مثال، در زمینه آنتنهای ایستگاه پایه و آنتنهای اندازهگیری داخلی، آنتنهای چوک سهبعدی، آنتنهای ترکیبی شبکه کامل و غیره شرکت Huaxin نه تنها به سطح پیشرو بینالمللی در عملکرد رسیدهاند، بلکه از قابلیت اطمینان بالای محصول، عمر طولانی و نرخ خرابی بسیار پایینی نیز برخوردارند که میتوانند کاربردهای مختلف محیطی را برآورده کنند.در صنایعی مانند وسایل نقلیه و پهپادها، فناوری طراحی آنتنهای اندازهگیری خارجی و آنتنهای مارپیچ چهار بازویی نسبتاً بالغ شده است و در مقیاس وسیعی در سیستمهای تست رانندگی، رانندگی بدون سرنشین، پهپادها و سایر کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گرفته و به مزایای اقتصادی و اجتماعی خوبی دست یافته است.
۳. وضعیت و چشمانداز بازار آنتنهای GNSS
در سال 2018، ارزش کل خروجی صنعت ناوبری ماهوارهای و خدمات مکانی کشور من به 301.6 میلیارد یوان رسید که در مقایسه با سال 2017 [2] افزایشی 18.3 درصدی را نشان میدهد و در سال 2020 به 400 میلیارد یوان خواهد رسید. در سال 2019، ارزش کل خروجی بازار جهانی ناوبری ماهوارهای 150 میلیارد یورو بود و تعداد کاربران ترمینال GNSS به 6.4 میلیارد واحد رسید. در شرایط رکود اقتصادی جهانی، صنعت GNSS یکی از معدود صنایعی است که روند صعودی را پشت سر گذاشته و در حال افزایش است. آژانس سیستمهای ماهوارهای ناوبری جهانی اروپا پیشبینی میکند که ارزش کل خروجی بازار جهانی ناوبری ماهوارهای در ده سال آینده دو برابر شده و به بیش از 300 میلیارد یورو خواهد رسید و تعداد ترمینالهای GNSS به 9.5 میلیارد واحد افزایش خواهد یافت.در بازار جهانی ناوبری ماهوارهای، تجهیزات ترمینال مورد استفاده در ترافیک جادهای، پهپادها و سایر زمینهها، سریعترین بخش بازار در حال رشد در دهه آینده خواهند بود: خودروهای هوشمند و بدون راننده، جهت اصلی توسعه خودروهای جادهای آینده هستند و خودروهایی با قابلیت رانندگی خودکار باید به آنتنهای با دقت بالای GNSS مجهز شوند. بنابراین، بازار رانندگی خودکار تقاضای زیادی برای آنتنهای GNSS دارد. با توسعه مداوم فرآیند نوسازی کشاورزی کشور من، استفاده از پهپادهای حفاظت از گیاهان و سایر پهپادهای مجهز به آنتنهای موقعیتیابی با دقت بالا همچنان رو به رشد خواهد بود.۴. روند توسعه آنتنهای با دقت بالای GNSS
پس از سالها توسعه آنتنهای با دقت بالای GNSS، فناوریهای مختلف نسبتاً بالغ شدهاند، اما هنوز مسیرهای زیادی برای پیمودن وجود دارد:۱. کوچکسازی: کوچکسازی تجهیزات الکترونیکی یک روند توسعهی دائمی است. به خصوص در کاربردهایی مانند پهپادها و دستگاههای دستی، تقاضا برای آنتنهای کوچک ضروریتر است. با این حال، عملکرد آنتن پس از کوچکسازی کاهش مییابد. چگونگی کاهش اندازه آنتن ضمن تضمین عملکرد جامع، یک جهتگیری تحقیقاتی مهم برای آنتنهای با دقت بالا است.2. فناوری ضد چندمسیره: فناوری ضد چندمسیره آنتن GNSS عمدتاً شامل فناوری سیمپیچ چوک [3]، فناوری مواد الکترومغناطیسی مصنوعی [4][5] و غیره است. با این حال، همه آنها دارای کاستیهایی مانند اندازه بزرگ، پهنای باند باریک و هزینه بالا هستند و نمیتوانند به طراحی جهانی دست یابند. بنابراین، لازم است فناوری ضد چندمسیره با ویژگیهای کوچکسازی و پهنای باند برای رفع نیازهای مختلف کاربردی مورد مطالعه قرار گیرد.۳. چندمنظوره بودن: علاوه بر آنتنهای GNSS، امروزه دستگاههای مختلف بیش از یک آنتن ارتباطی را نیز ادغام میکنند. سیستمهای ارتباطی مختلف ممکن است باعث تداخل سیگنالهای مختلف با آنتنهای GNSS شوند که بر جمعآوری عادی ستاره تأثیر میگذارد. بنابراین، آنتن GNSS و آنتن ارتباطی از طریق ادغام چندمنظوره در طراحی ادغام میشوند. تداخل بین آنتنها در طول طراحی در نظر گرفته میشود که میتواند ویژگیهای سازگاری الکترومغناطیسی را بهبود بخشد و عملکرد کل دستگاه را در عین افزایش سطح ادغام، بهبود بخشد.5. نتیجه
این مقاله به طور خلاصه آنتنهای با دقت بالای GNSS را معرفی میکند، بر کاربردهای آن در صنایع مختلف و وضعیت فنی آنتنهای با دقت بالا در داخل و خارج از کشور تمرکز دارد و مروری بر وضعیت بازار و روند توسعه آن ارائه میدهد. با رواج فناوری 5G، فناوری Beidou + 5G کاربرد فناوری موقعیتیابی با دقت بالا را در زمینههای بیشتر و بیشتری ارتقا خواهد داد و آنتنهای موقعیتیابی با دقت بالا نیز فضای بیشتری برای توسعه فراهم میکنند.این مقاله برگرفته از "شبکه فرکانس رادیویی مایکروویو«در صورت وجود هرگونه تخلف یا موارد دیگر، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.»برای حمایت از حقوق مالکیت معنوی، لطفاً هنگام چاپ مجدد، منبع اصلی و نویسنده را ذکر کنید.
