GNSS yüksek hassasiyetli antenlerinin geliştirilmesine genel bakış

giriş

Uydu konumlandırma teknolojisinin sürekli gelişmesi ve iyileştirilmesiyle, yüksek hassasiyetli konumlandırma teknolojisi modern yaşamın her alanında kullanılmaktadır. Örneğin, ölçme ve haritalama, hassas tarım, dronlar ve insansız sürüş gibi alanlarda yüksek hassasiyetli konumlandırma teknolojisi her yerde görülebilir. Özellikle Beidou'nun yeni nesil uydu navigasyon sisteminin ağ bağlantısının tamamlanması ve 5G çağının gelmesiyle birlikte, Beidou + 5G'nin sürekli gelişmesinin, havaalanı sevkıyatı, robot denetimi, araç izleme, lojistik yönetimi ve diğer alanlarda yüksek hassasiyetli konumlandırma teknolojisinin uygulamasını teşvik etmesi beklenmektedir. Yüksek hassasiyetli konumlandırma teknolojisinin gerçekleştirilmesi, yüksek hassasiyetli antenler, yüksek hassasiyetli algoritmalar ve yüksek hassasiyetli devre kartlarının desteğinden ayrı düşünülemez. Bu makale, esas olarak yüksek hassasiyetli antenlerin gelişimini ve uygulamasını ve teknolojinin mevcut durumunu tanıtmaktadır.

1. GNSS yüksek hassasiyetli antenlerinin geliştirilmesi ve uygulaması

1.1 Yüksek hassasiyetli antenlere giriş
GNSS alanında, yüksek hassasiyetli antenler, anten faz merkezinin kararlılığı için özel gereksinimlere sahip bir anten türüdür. Genellikle santimetre veya milimetre düzeyinde yüksek hassasiyetli konumlandırma elde etmek için yüksek hassasiyetli kartlarla birlikte kullanılırlar. Yüksek hassasiyetli antenlerin tasarımında, genellikle antenin aşağıdaki göstergeleri için özel gereksinimler vardır: anten ışın genişliği, düşük yükseklik kazancı, yuvarlaklık dışı, yuvarlanma katsayısı, ön-arka oranı, çoklu yol direnci vb. Bu göstergeler, antenin faz merkezi kararlılığını doğrudan veya dolaylı olarak etkileyerek konumlandırma doğruluğunu etkiler.

1.2 Yüksek hassasiyetli antenlerin uygulaması ve sınıflandırılması
Yüksek hassasiyetli GNSS antenleri başlangıçta ağırlıklı olarak mühendislik kazık çakma, topografik haritalama ve çeşitli kontrol ölçüm süreçlerinde milimetre düzeyinde statik konumlandırma doğruluğu elde etmek için ölçme ve haritalama alanında kullanılıyordu. Yüksek hassasiyetli konumlandırma teknolojisi giderek olgunlaştıkça, yüksek hassasiyetli antenler sürekli çalışan referans istasyonları, deformasyon izleme, deprem izleme, ölçme ve haritalama, dronlar, hassas tarım, otonom sürüş, sürüş testi ve sürüş eğitimi, mühendislik makineleri ve diğer endüstriyel alanlar dahil olmak üzere giderek daha fazla alanda kullanılmaktadır. Farklı uygulamalardaki antenler için indeks gereksinimleri de önemli ölçüde farklılık göstermektedir.

1.2.1 CORS sistemi, deformasyon izleme, deprem izleme-referans istasyon anteni
Sürekli çalışan referans istasyonlarında yüksek hassasiyetli antenler kullanıldığında, uzun süreli gözlemler yoluyla doğru konum bilgisi elde edilir ve gözlem verileri veri iletişim sistemi aracılığıyla gerçek zamanlı olarak kontrol merkezine iletilir. Kontrol merkezi, bölgedeki hata düzeltme parametrelerini hesaplar ve ardından hata bilgisini yer tabanlı iyileştirme sistemi, geniş alan iyileştirme sistemi, uydu tabanlı iyileştirme sistemi vb. aracılığıyla geziciye (kullanıcı ucuna) gönderir ve nihayetinde kullanıcının doğru koordinat bilgisi elde etmesini sağlar [1].Deformasyon izleme ve deprem izleme gibi uygulamalarda, doğal afetlerin meydana gelme olasılığını tahmin etmek için deformasyon miktarını doğru bir şekilde izlemek ve küçük deformasyonları tespit etmek gereklidir.Bu nedenle, sürekli çalışan referans istasyonları, deformasyon izleme ve deprem izleme gibi uygulamalarda yüksek hassasiyetli antenlerin tasarımında, öncelikle mükemmel faz merkezi kararlılığı ve çoklu yol girişimine karşı direnç yetenekleri göz önünde bulundurulmalıdır; böylece çeşitli iyileştirme sistemleri için gerçek zamanlı olarak doğru konum bilgisi sağlanabilir. Ayrıca, mümkün olduğunca çok uydu düzeltme parametresi sağlamak için antenin mümkün olduğunca çok uydu alması gerekir ve dört sistemli tam bant konfigürasyonu standart bir konfigürasyon haline gelmiştir. Bu tür uygulamalarda, genellikle dört sistemin tam frekans bandını kapsayan bir referans istasyon anteni (baz istasyon anteni) sistemin gözlem anteni olarak kullanılır.

1.2.2 Ölçüm ve haritalama - dahili ölçüm anteni
Ölçüm ve haritalama alanında, kolay entegre edilebilen dahili bir ölçüm anteni tasarlamak gereklidir. Anten genellikle RTK alıcısının üstüne yerleştirilerek ölçüm ve haritalama alanında gerçek zamanlı yüksek hassasiyetli konumlandırma sağlanır.Dahili ölçüm antenlerinin tasarımında dikkate alınması gereken başlıca hususlar arasında frekans bandı kapsamı, ışın kapsamı, faz merkezi kararlılığı, anten boyutu vb. yer almaktadır. Özellikle ağ tabanlı RTK uygulamalarının yaygınlaşmasıyla birlikte, 4G, Bluetooth ve WiFi'yi entegre eden tam ağ tabanlı dahili ölçüm antenleri, pazarın önemli bir payını kademeli olarak ele geçirmiştir. 2016'daki lansmanlarından bu yana, RTK alıcı üreticilerinin büyük çoğunluğu tarafından tercih edilmiş ve yaygın olarak kullanılmış ve tanıtılmıştır.
1.2.3 Sürüş testi ve sürüş eğitimi, sürücüsüz sürüş - harici ölçüm anteni
Geleneksel sürüş testi sisteminin yüksek yatırım maliyeti, yüksek işletme ve bakım maliyetleri, büyük çevresel etki, düşük doğruluk gibi birçok dezavantajı vardır. Sürüş testi sistemine yüksek hassasiyetli antenler entegre edildikten sonra, sürüş testi sistemi manuel değerlendirmeden akıllı değerlendirmeye dönüşür ve yüksek değerlendirme doğruluğu ile sürüş testinin insan ve malzeme maliyetlerini büyük ölçüde azaltır.Son yıllarda insansız sürüş sistemleri hızla gelişti. İnsansız sürüşte genellikle RTK yüksek hassasiyetli konumlandırma ve ataletsel navigasyonu birleştiren konumlandırma teknolojisi kullanılır ve bu da çoğu ortamda yüksek konumlandırma doğruluğu sağlayabilir.Sürüş testlerinde, sürücüsüz sürüş eğitimlerinde ve diğer sistemlerde sıklıkla harici ölçüm anteni kullanılır. Bu antenin çoklu sistem ve çoklu frekans çalışma frekans bantlarına sahip olması, daha yüksek konumlandırma doğruluğu sağlayabilmesi, çoklu yol sinyallerini bastırma yeteneğine sahip olması, iyi çevresel uyum yeteneğine sahip olması ve dış ortamlarda uzun süre arızasız kullanılabilmesi gerekir.

1.2.4 Drone - Yüksek Hassasiyetli Drone Anteni
İnsansız hava aracı (İHA) sektörü son yıllarda hızla gelişti. İHA'lar tarımsal bitki koruma, ölçüm ve haritalama, elektrik hattı denetimi ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür senaryolarda, çeşitli işlemlerin doğruluğunu, verimliliğini ve güvenliğini ancak yüksek hassasiyetli antenler sağlayabilir. İHA'ların yüksek hız, hafif yük ve kısa uçuş süresi gibi özelliklere sahip olması nedeniyle, yüksek hassasiyetli İHA antenlerinin tasarımı esas olarak ağırlık, boyut ve güç tüketimi gibi faktörlere odaklanmakta ve ağırlık ve boyutu korurken mümkün olan en geniş bantlı tasarımı elde etmeyi amaçlamaktadır.

2. Yurtiçi ve yurtdışında GNSS anten teknolojisinin mevcut durumu

2.1 Yabancı yüksek hassasiyetli anten teknolojisinin mevcut durumu
Yüksek hassasiyetli antenler üzerine yabancı araştırmalar daha erken başladı ve NoVatel'in GNSS 750 serisi bobin antenleri, Trimble'ın Zepryr serisi antenleri, Leica AR25 antenleri gibi daha iyi performansa sahip bir dizi yüksek hassasiyetli anten ürünü geliştirildi; bunlar arasında birçok yenilikçi anten formu bulunmaktadır. Bu nedenle, geçmişte uzun bir süre ülkemizin yüksek hassasiyetli anten pazarına yabancı ürünler hakim olmuştur. Ancak son on yılda, çok sayıda yerli üreticinin ortaya çıkmasıyla, yabancı yüksek hassasiyetli GNSS antenlerinin performans açısından neredeyse hiçbir avantajı kalmamıştır. Bunun yerine, yerli yüksek hassasiyetli üreticiler yurt dışı pazarlarını genişletmeye başlamıştır.Ayrıca, son yıllarda yurtdışında Maxtena, Tallysman gibi bazı yeni GNSS anten üreticileri ortaya çıkmıştır. Ürünleri ağırlıklı olarak dronlarda, araçlarda ve diğer sistemlerde kullanılan küçük GNSS antenleridir. Anten formu genellikle yüksek dielektrik sabitli mikroşerit anten veya dört kollu helisel anten formundadır. Yabancı üreticilerin bu tip antenlerin tasarım teknolojisinde artık bir avantajı kalmamıştır ve yerli ve yabancı ürünler homojen bir rekabet dönemine girmiştir.