Aperçu du développement des antennes GNSS de haute précision

introduction

Avec le développement et l'amélioration constants des technologies de positionnement par satellite, le positionnement de haute précision est désormais omniprésent dans tous les aspects de la vie moderne. On le retrouve, par exemple, dans des domaines tels que la topographie et la cartographie, l'agriculture de précision, les drones et la conduite autonome. Plus particulièrement, avec le déploiement complet du système de navigation par satellite de nouvelle génération Beidou et l'avènement de la 5G, le développement continu de Beidou + 5G devrait favoriser l'application du positionnement de haute précision dans la gestion du trafic aéroportuaire, l'inspection robotisée, le suivi des véhicules, la gestion logistique et d'autres domaines. La mise en œuvre du positionnement de haute précision repose sur des antennes, des algorithmes et des cartes électroniques de haute précision. Cet article présente principalement le développement et l'application des antennes de haute précision ainsi que l'état actuel de la technologie.

1. Développement et application des antennes GNSS de haute précision

1.1 Introduction aux antennes de haute précision
Dans le domaine des GNSS, les antennes de haute précision sont un type d'antenne dont la stabilité du centre de phase est particulièrement exigeante. Elles sont généralement utilisées avec des cartes de haute précision pour atteindre un positionnement de l'ordre du centimètre ou du millimètre. La conception de ces antennes impose des exigences spécifiques concernant les paramètres suivants : largeur du faisceau, gain en élévation, circularité, coefficient de roll-off, rapport avant/arrière, résistance aux trajets multiples, etc. Ces paramètres influent directement ou indirectement sur la stabilité du centre de phase de l'antenne, et par conséquent sur la précision du positionnement.

1.2 Application et classification des antennes de haute précision
Les antennes GNSS de haute précision étaient initialement utilisées principalement en topographie et en cartographie pour atteindre une précision de positionnement statique millimétrique lors d'implantations, de cartographies topographiques et de divers processus de contrôle et de mesure. Avec la maturation croissante des technologies de positionnement de haute précision, ces antennes sont de plus en plus utilisées dans divers domaines, tels que les stations de référence à fonctionnement continu, la surveillance des déformations et des séismes, la topographie et la cartographie, les drones, l'agriculture de précision, la conduite autonome, les essais et la formation à la conduite, les engins de chantier et d'autres secteurs industriels. Les exigences en matière de performances des antennes varient considérablement selon les applications.

1.2.1 Système CORS, surveillance des déformations, antenne de station de référence pour la surveillance sismique
Lorsque des antennes de haute précision sont utilisées dans des stations de référence fonctionnant en continu, des informations de position précises sont obtenues grâce à des observations à long terme. Les données d'observation sont transmises en temps réel au centre de contrôle via le système de communication de données. Le centre de contrôle calcule les paramètres de correction d'erreur dans la zone et envoie ensuite ces informations au rover (utilisateur) par l'intermédiaire de systèmes d'amélioration au sol, de systèmes d'amélioration à grande échelle, de systèmes d'amélioration par satellite, etc., permettant ainsi à l'utilisateur d'obtenir des informations de coordonnées précises [1].Dans des applications telles que la surveillance des déformations et la surveillance des séismes, il est nécessaire de surveiller avec précision l'ampleur de la déformation et de détecter les déformations infimes afin de prédire la survenue de catastrophes naturelles.Par conséquent, lors de la conception d'antennes de haute précision pour des applications telles que les stations de référence à fonctionnement continu, la surveillance des déformations et la surveillance sismique, il est primordial de considérer leur excellente stabilité du centre de phase et leur robustesse face aux interférences multi-trajets, afin de fournir en temps réel des informations de position précises aux différents systèmes d'amélioration. De plus, pour fournir un maximum de paramètres de correction satellitaire, l'antenne doit capter le plus grand nombre de satellites possible ; la configuration à quatre systèmes couvrant toute la bande est devenue la norme. Dans ces applications, une antenne de station de référence (antenne de station de base) couvrant toute la bande de fréquences des quatre systèmes est généralement utilisée comme antenne d'observation.

1.2.2 Mesure et cartographie - Antenne de mesure intégrée
Dans le domaine de la métrologie et de la cartographie, il est nécessaire de concevoir une antenne de mesure intégrée et facile à installer. Cette antenne est généralement placée au-dessus du récepteur RTK afin d'obtenir un positionnement de haute précision en temps réel.Les principaux critères de conception des antennes de mesure intégrées comprennent la couverture de la bande de fréquences, la couverture du faisceau, la stabilité du centre de phase, la taille de l'antenne, etc. Avec la popularisation des applications RTK réseau, les antennes de mesure intégrées réseau complètes, intégrant 4G, Bluetooth et Wi-Fi, ont progressivement conquis une part importante du marché. Depuis leur lancement en 2016, elles ont été plébiscitées par la majorité des fabricants de récepteurs RTK et sont largement utilisées et promues.
1.2.3 Examen et formation à la conduite, conduite autonome - antenne de mesure externe
Le système traditionnel d'examen de conduite présente de nombreux inconvénients, tels qu'un coût d'investissement élevé, des coûts d'exploitation et de maintenance importants, un impact environnemental majeur et une faible précision. L'application d'antennes de haute précision à ce système permet de passer d'une évaluation manuelle à une évaluation intelligente, avec une précision accrue, ce qui réduit considérablement les coûts humains et matériels de l'examen.Ces dernières années, les systèmes de conduite autonome ont connu un développement rapide. Dans ce domaine, on utilise généralement une technologie de positionnement combinant le positionnement RTK de haute précision et la navigation inertielle, ce qui permet d'atteindre une grande précision de positionnement dans la plupart des environnements.Dans les systèmes de conduite (y compris les tests et la formation à la conduite, la conduite autonome et autres), on utilise souvent une antenne de mesure externe. Cette dernière doit disposer de bandes de fréquences de fonctionnement multisystèmes et multifréquences, être capable d'atteindre une précision de positionnement plus élevée, avoir une certaine capacité à supprimer les signaux à trajets multiples, présenter une bonne adaptabilité à l'environnement et pouvoir être utilisée en extérieur pendant une longue période sans défaillance.

1.2.4 Antenne de drone haute précision
L'industrie des drones a connu un développement rapide ces dernières années. Ils sont largement utilisés pour la protection des cultures agricoles, la topographie et la cartographie, l'inspection des lignes électriques et d'autres applications. Dans ces contextes, seules des antennes de haute précision garantissent la précision, l'efficacité et la sécurité des opérations. Compte tenu de la vitesse élevée, de la légèreté et de la faible autonomie des drones, la conception de leurs antennes de haute précision privilégie des facteurs tels que le poids, la taille et la consommation d'énergie, afin d'obtenir une bande passante aussi large que possible tout en maîtrisant le poids et l'encombrement.

2. État actuel de la technologie des antennes GNSS en Chine et à l'étranger

2.1 État actuel de la technologie étrangère des antennes de haute précision
Les recherches étrangères sur les antennes de haute précision ont débuté plus tôt, et une série d'antennes performantes ont été développées, telles que les antennes à bobine d'arrêt GNSS série 750 de NoVatel, les antennes de la série Zepryr de Trimble et les antennes AR25 de Leica, parmi lesquelles figurent de nombreuses antennes aux formes innovantes. Par conséquent, le marché chinois des antennes de haute précision a longtemps été dominé par les produits étrangers. Cependant, ces dix dernières années, avec l'essor de nombreux fabricants nationaux, les antennes GNSS étrangères de haute précision n'offrent pratiquement plus aucun avantage en termes de performances. De ce fait, les fabricants chinois d'antennes de haute précision se sont tournés vers l'expansion de leurs marchés à l'international.Par ailleurs, de nouveaux fabricants d'antennes GNSS ont émergé à l'étranger ces dernières années, tels que Maxtena et Tallysman. Leurs produits sont principalement des antennes GNSS de petite taille destinées aux drones, aux véhicules et à d'autres systèmes. Ces antennes se présentent généralement sous la forme d'antennes microruban à constante diélectrique élevée ou d'antennes hélicoïdales à quatre bras. Les fabricants étrangers ne bénéficient plus d'un avantage technologique en matière de conception de ce type d'antenne, et les produits nationaux et étrangers entrent désormais dans une phase de concurrence homogène.