Przegląd rozwoju anten GNSS o wysokiej precyzji

wprowadzenie

Dzięki ciągłemu rozwojowi i udoskonalaniu technologii pozycjonowania satelitarnego, technologia precyzyjnego pozycjonowania znalazła zastosowanie we wszystkich dziedzinach współczesnego życia. Na przykład w takich dziedzinach jak geodezja i kartografia, rolnictwo precyzyjne, drony i bezzałogowe pojazdy, technologia precyzyjnego pozycjonowania jest powszechnie stosowana. Zwłaszcza wraz z zakończeniem prac nad siecią systemu nawigacji satelitarnej nowej generacji Beidou i nadejściem ery 5G, oczekuje się, że ciągły rozwój Beidou + 5G będzie promował zastosowanie technologii precyzyjnego pozycjonowania w dyspozytorstwie lotniskowym, inspekcji robotów, monitorowaniu pojazdów, zarządzaniu logistyką i innych dziedzinach. Realizacja technologii precyzyjnego pozycjonowania jest nierozerwalnie związana ze wsparciem anten o wysokiej precyzji, algorytmów o wysokiej precyzji i płytek o wysokiej precyzji. Niniejszy artykuł przedstawia głównie rozwój i zastosowanie anten o wysokiej precyzji oraz aktualny stan technologii.

1. Rozwój i zastosowanie anten GNSS o wysokiej precyzji

1.1 Introduction to high-precision antennas
W dziedzinie GNSS, anteny o wysokiej precyzji to rodzaj anteny, który charakteryzuje się specjalnymi wymaganiami dotyczącymi stabilności centrum fazowego anteny. Zazwyczaj stosuje się je w połączeniu z płytkami o wysokiej precyzji, aby uzyskać precyzyjne pozycjonowanie na poziomie centymetrów lub milimetrów. Projektując anteny o wysokiej precyzji, zazwyczaj stawia się specjalne wymagania dotyczące następujących parametrów anteny: szerokości wiązki, niskiego zysku elewacji, awersji, współczynnika odchylenia, stosunku sygnału przód-tył, rezystancji wielodrogowej itp. Parametry te bezpośrednio lub pośrednio wpływają na stabilność centrum fazowego anteny, a tym samym na dokładność pozycjonowania.

1.2 Zastosowanie i klasyfikacja anten o wysokiej precyzji
Wysokoprecyzyjne anteny GNSS były początkowo wykorzystywane głównie w geodezji i kartografii, aby osiągnąć statyczną dokładność pozycjonowania na poziomie milimetra w tyczeniu inżynieryjnym, mapowaniu topograficznym i różnych procesach pomiarów kontrolnych. Wraz z rozwojem technologii precyzyjnego pozycjonowania, anteny te są stopniowo wykorzystywane w coraz większej liczbie dziedzin, w tym w stacjach referencyjnych pracujących w trybie ciągłym, monitorowaniu deformacji, monitorowaniu trzęsień ziemi, geodezji i kartografii, dronach, rolnictwie precyzyjnym, autonomicznej jeździe, egzaminach i szkoleniach z jazdy, maszynach inżynieryjnych i innych dziedzinach przemysłu. Wymagania dotyczące współczynnika sprawności anten w różnych zastosowaniach również znacząco się różnią.

1.2.1 System CORS, monitorowanie deformacji, monitorowanie trzęsień ziemi – antena stacji odniesienia
W przypadku stosowania anten o wysokiej precyzji w stacjach referencyjnych pracujących w trybie ciągłym, dokładne informacje o położeniu uzyskuje się poprzez długoterminowe obserwacje, a dane obserwacyjne są przesyłane do centrum kontroli w czasie rzeczywistym za pośrednictwem systemu komunikacji danych. Centrum kontroli oblicza parametry korekcji błędów w danym obszarze, a następnie przesyła informacje o błędach do łazika (użytkownika) za pośrednictwem naziemnego systemu wspomagania, rozległego systemu wspomagania, satelitarnego systemu wspomagania itp., co ostatecznie umożliwia użytkownikowi uzyskanie dokładnych informacji o współrzędnych [1].W zastosowaniach takich jak monitorowanie deformacji i monitorowanie trzęsień ziemi konieczne jest dokładne monitorowanie wielkości deformacji i wykrywanie niewielkich odkształceń, aby przewidywać występowanie klęsk żywiołowych.Dlatego projektując anteny o wysokiej precyzji w zastosowaniach takich jak stacje referencyjne pracujące w trybie ciągłym, monitoring deformacji i monitoring trzęsień ziemi, należy przede wszystkim wziąć pod uwagę ich doskonałą stabilność centrum fazy i odporność na zakłócenia wielodrogowe, co pozwala na dostarczanie dokładnych informacji o położeniu w czasie rzeczywistym dla różnych systemów wspomagających. Ponadto, aby zapewnić jak najwięcej parametrów korekcji satelitarnej, antena musi odbierać sygnały z jak największej liczby satelitów, a konfiguracja pełnego pasma czterech systemów stała się standardem. W takich zastosowaniach antena stacji referencyjnej (stacji bazowej) pokrywająca całe pasmo częstotliwości czterech systemów jest zazwyczaj używana jako antena obserwacyjna systemu.

1.2.2 Pomiar i mapowanie – wbudowana antena pomiarowa
W dziedzinie pomiarów i mapowania konieczne jest zaprojektowanie wbudowanej anteny pomiarowej, którą można łatwo zintegrować. Antena jest zazwyczaj montowana na odbiorniku RTK, aby umożliwić precyzyjne pozycjonowanie w czasie rzeczywistym w obszarze pomiarów i mapowania.Główne czynniki brane pod uwagę przy projektowaniu wbudowanych anten pomiarowych to zasięg pasma częstotliwości, zasięg wiązki, stabilność centrum fazy, rozmiar anteny itp. Zwłaszcza wraz z popularyzacją sieciowych aplikacji RTK, wbudowane anteny pomiarowe do pełnej sieci, integrujące 4G, Bluetooth i Wi-Fi, stopniowo zdobywały znaczącą część rynku. Od momentu wprowadzenia na rynek w 2016 roku, cieszą się one uznaniem większości producentów odbiorników RTK i są szeroko stosowane i promowane.
1.2.3 Egzamin i szkolenie z jazdy, jazda autonomiczna - zewnętrzna antena pomiarowa
Tradycyjny system egzaminów na prawo jazdy ma wiele wad, takich jak wysokie koszty inwestycyjne, wysokie koszty eksploatacji i konserwacji, duży wpływ na środowisko, niska dokładność itp. Po zamontowaniu w systemie egzaminów na prawo jazdy anten o wysokiej precyzji, system ten przechodzi z oceny ręcznej na ocenę inteligentną o wysokiej dokładności, co znacznie zmniejsza koszty ludzkie i materialne egzaminu na prawo jazdy.W ostatnich latach bezzałogowe systemy kierowania pojazdami dynamicznie się rozwijają. W bezzałogowych systemach kierowania pojazdami zazwyczaj wykorzystuje się technologię pozycjonowania łączącą precyzyjne pozycjonowanie RTK z nawigacją inercyjną, co pozwala na osiągnięcie wysokiej dokładności pozycjonowania w większości środowisk.Podczas nauki jazdy na egzaminie, nauki jazdy autonomicznej i innych systemów często stosuje się zewnętrzną antenę pomiarową, która musi mieć wielosystemowe i wieloczęstotliwościowe pasma częstotliwości roboczych, zapewniać większą dokładność pozycjonowania, mieć zdolność do tłumienia sygnałów wielodrogowych oraz wykazywać się dobrą adaptacją do warunków środowiskowych, a także umożliwiać długotrwałe bezawaryjne użytkowanie na zewnątrz.

1.2.4 Dron – antena dronowa o wysokiej precyzji
Branża bezzałogowych statków powietrznych (UAV) dynamicznie się rozwinęła w ostatnich latach. Bezzałogowe statki powietrzne są szeroko stosowane w ochronie roślin rolniczych, geodezji i kartografii, inspekcji linii energetycznych i innych zastosowaniach. W takich sytuacjach jedynie precyzyjne anteny mogą zapewnić dokładność, wydajność i bezpieczeństwo różnych operacji. Ponieważ drony charakteryzują się dużą prędkością, niewielkim obciążeniem i krótkim czasem pracy, projektowanie precyzyjnych anten do dronów koncentruje się głównie na takich czynnikach, jak masa, rozmiar i zużycie energii, a także zapewnia możliwie szerokie pasmo przenoszenia przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniej wagi i rozmiaru.

2. Aktualny stan technologii anten GNSS w kraju i za granicą

2.1 Aktualny stan zagranicznej technologii anten o wysokiej precyzji
Zagraniczne badania nad antenami o wysokiej precyzji rozpoczęły się wcześniej i doprowadziły do ​​opracowania serii wysokoprecyzyjnych produktów antenowych o lepszych parametrach, takich jak anteny cewkowe NoVatel GNSS serii 750, anteny Trimble serii Zepryr, anteny Leica AR25 itp., wśród których istnieje wiele innowacyjnych form anten. Dlatego też, przez długi czas, rynek wysokoprecyzyjnych anten w moim kraju był zdominowany przez produkty zagraniczne. Jednak w ciągu ostatnich dziesięciu lat, wraz z rozwojem dużej liczby krajowych producentów, zagraniczne wysokoprecyzyjne anteny GNSS zasadniczo nie mają przewagi pod względem wydajności. Zamiast tego, krajowi producenci zaczęli rozszerzać rynki zbytu za granicą.Ponadto w ostatnich latach za granicą pojawiło się kilku nowych producentów anten GNSS, takich jak Maxtena, Tallysman itp. Ich produkty to głównie małe anteny GNSS stosowane w dronach, pojazdach i innych systemach. Antena ma zazwyczaj kształt mikropaska o wysokiej stałej dielektrycznej lub czteroramiennej anteny helikalnej. Zagraniczni producenci nie mają już przewagi w technologii projektowania tego typu anten, a produkty krajowe i zagraniczne wkraczają w okres jednorodnej konkurencji.