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Descripción general del desarrollo de antenas de alta precisión GNSS

Fecha de lanzamiento: 2021-12-28Fuente del autor: KinghelmVistas: 527

introducción

 Con el continuo desarrollo y mejora de la tecnología de posicionamiento por satélite, la tecnología de posicionamiento de alta precisión se ha aplicado a todos los ámbitos de la vida. Por ejemplo, la tecnología de posicionamiento de alta precisión se puede ver en todas partes en los campos de la topografía y la cartografía, la agricultura de precisión, los vehículos aéreos no tripulados, la conducción no tripulada, etc. Especialmente con la finalización de la conexión en red de la nueva generación del sistema de navegación por satélite Beidou y la llegada de la era 5g, se espera que el desarrollo continuo de Beidou 5g promueva una aplicación más amplia de la tecnología de posicionamiento de alta precisión en los campos del despacho aeroportuario. inspección de patrullas de robots, monitoreo de vehículos, gestión de logística, etc. La realización de la tecnología de posicionamiento de alta precisión es inseparable del soporte de una antena de alta precisión, un algoritmo de alta precisión y una placa de alta precisión. Este artículo presenta principalmente el desarrollo, la aplicación y el estado técnico de la antena de alta precisión.
 

1. Desarrollo y aplicación de antenas GNSS de alta precisión.

 1.1 introducción a la antena de alta precisión
 En el campo de GNSS, la antena de alta precisión es un tipo de antena con requisitos especiales para la estabilidad del centro de fase de la antena. Por lo general, coopera con una placa de alta precisión para lograr un posicionamiento de alta precisión a nivel de centímetros o milímetros. En el diseño de una antena de alta precisión, normalmente existen requisitos especiales para los siguientes índices de la antena: ancho del haz de la antena, ganancia de elevación baja, falta de redondez, coeficiente de caída, relación de adelante hacia atrás, capacidad anti-trayectoria múltiple, etc. Los índices afectarán directa o indirectamente la estabilidad del centro de fase de la antena y luego afectarán la precisión del posicionamiento.

 1.2 aplicación y clasificación de antenas de alta precisión
 La antena GNSS de alta precisión se utilizó inicialmente principalmente en el campo de la topografía y la cartografía para lograr una precisión de posicionamiento milimétrico estático en el replanteo de ingeniería, la cartografía topográfica y diversas mediciones de control. Con la creciente madurez de la tecnología de posicionamiento de alta precisión, las antenas de alta precisión se aplican gradualmente en cada vez más campos, incluida la estación de referencia de operación continua, monitoreo de deformaciones, monitoreo de terremotos, topografía y mapeo, vehículos aéreos no tripulados, agricultura de precisión, campo de conducción automática, conducción. Pruebas y formación, maquinaria de ingeniería y otros campos industriales. Existen diferencias obvias en los requisitos de índice de la antena en diferentes aplicaciones.

 1.2.1 Sistema CORS, monitoreo de deformaciones, monitoreo sísmico - antena de estación de referencia
 Cuando se aplica la antena de alta precisión a la estación de referencia de operación continua, la información de posición precisa se obtiene mediante observación 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 pasa por el sistema de mejora terrestre, el sistema de mejora de área amplia, el sistema de mejora basado en satélite, etc., envía la información del error a la estación móvil (cliente) y finalmente habilita al usuario obtener información precisa de las coordenadas [1].  En las aplicaciones de monitoreo de deformaciones y monitoreo de terremotos, es necesario monitorear con precisión la deformación y detectar pequeñas deformaciones, a fin de predecir la ocurrencia de desastres naturales.  Por lo tanto, en el diseño de antenas de alta precisión en aplicaciones tales como estaciones de referencia de operación continua, monitoreo de deformaciones y monitoreo sísmico, la primera consideración debe ser su excelente estabilidad del centro de fase y su capacidad antiinterferencias multitrayecto, para proporcionar información de posición precisa para varios sistemas de mejora en tiempo real. Además, para proporcionar tantos parámetros de corrección de satélite como sea posible, la antena debe recibir tantos satélites como sea posible. La banda de frecuencia completa de cuatro sistemas se ha convertido en la configuración estándar. En tales aplicaciones, la antena de la estación de referencia (antena de la estación de referencia) que cubre toda la banda de frecuencia de los cuatro sistemas se utiliza normalmente como antena de observación del sistema.

 1.2.2 Mapeo topográfico: antena topográfica incorporada
 En el campo de la topografía y cartografía, es necesario diseñar una antena de medición incorporada que sea fácil de integrar. La antena generalmente se construye en la parte superior del receptor RTK para realizar un posicionamiento de alta precisión en tiempo real en el campo de la topografía y la cartografía.  Las principales consideraciones en el diseño de una antena de medición incorporada incluyen la cobertura de la banda de frecuencia, la cobertura del haz, la estabilidad del centro de fase, el tamaño de la antena, etc. especialmente con la popularización de Network RTK, la antena de medición incorporada de todos los Netcom que integran 4G. Bluetooth y el WiFi ocupa poco a poco la principal cuota de mercado. Ha sido el favorito de la mayoría de los fabricantes de receptores RTK desde su lanzamiento en 2016. Ha sido ampliamente utilizado y popularizado.
 1.2.3 examen de conducción, formación de conducción, conducción no tripulada - antena de medición externa
 El sistema de examen de conducción tradicional tiene muchas desventajas, como alto costo de inversión, alto costo de operación y mantenimiento, gran impacto ambiental y baja precisión. Después de aplicar la antena de alta precisión al sistema de prueba de manejo, el sistema de prueba de manejo cambia de evaluación manual a evaluación inteligente, con una alta precisión de evaluación, lo que reduce en gran medida el costo humano y material del examen de manejo.  En los últimos años, los sistemas no tripulados se han desarrollado rápidamente. En la conducción no tripulada, se suele utilizar la tecnología de posicionamiento RTK de alta precisión y posicionamiento combinado de navegación inercial, que puede lograr una alta precisión de posicionamiento en la mayoría de los entornos.  En pruebas de conducción, entrenamiento de conducción, conducción no tripulada y otros sistemas, a menudo se utiliza la forma de antena de medición externa. La antena debe tener una banda de frecuencia de trabajo multisistema y multifrecuencia, que pueda lograr una alta precisión de posicionamiento, tener cierta capacidad de supresión de señales de trayectorias múltiples y tener una buena adaptabilidad ambiental. Se puede utilizar durante mucho tiempo en ambientes exteriores sin fallos.

 1.2.4 UAV - antena UAV de alta precisión
 En los últimos años, la industria de los vehículos aéreos no tripulados se ha desarrollado rápidamente. Los vehículos aéreos no tripulados se han utilizado ampliamente en la protección de plantas agrícolas, topografía y cartografía, patrullaje de líneas eléctricas y otras escenas. En tales escenas, sólo estar equipado con una antena de alta precisión puede garantizar la precisión, eficiencia y seguridad de diversas operaciones. Debido a las características de los UAV, como alta velocidad, carga liviana y corta resistencia, el diseño de la antena de alta precisión del UAV se centra principalmente en factores como el peso, el tamaño y el consumo de energía, y realiza el diseño de banda ancha tanto como sea posible bajo la premisa de asegurando peso y tamaño.

 

2. Estado técnico de la antena GNSS en el país y en el extranjero.

 2.1 estado técnico de la antena de alta precisión en el extranjero
 Los países extranjeros comenzaron a estudiar antenas de alta precisión antes y también desarrollaron una serie de productos de antenas de alta precisión con buen rendimiento, como la antena estranguladora serie GNSS 750 de Novatel, la antena serie Zepryr de Trimble, la antena Leica AR25, etc., entre las que se encuentran Hay muchas formas de antenas con un gran significado innovador. Por lo tanto, durante mucho tiempo en el pasado, el mercado de antenas de alta precisión de China estuvo monopolizado por productos extranjeros. Sin embargo, en la última década, con el aumento de un gran número de fabricantes nacionales, las antenas GNSS extranjeras de alta precisión básicamente no tienen ventajas en cuanto a rendimiento. Por el contrario, los fabricantes nacionales de alta precisión han comenzado a explorar el mercado extranjero.  Además, en los últimos años se han desarrollado algunos nuevos fabricantes de antenas GNSS en el extranjero, como maxtena, tallysman, etc., sus productos son principalmente pequeñas antenas GNSS para vehículos aéreos no tripulados, vehículos y otros sistemas. La forma de la antena suele ser una antena de microcinta con una constante dieléctrica alta o una antena en espiral de cuatro brazos. Los fabricantes extranjeros no tienen ventajas en la tecnología de diseño de dichas antenas. Los productos nacionales y extranjeros están entrando en un período de competencia homogénea.

 
 
 
 2.2 estado técnico de la antena doméstica de alta precisión
 La comercialización de antenas nacionales de alta precisión comenzó tarde, pero se desarrolló rápidamente. En la última década, varios fabricantes nacionales de antenas de alta precisión comenzaron a crecer, como Huaxin Antenna, Zhonghaida, Dingyao, Jiali Electronics, etc., y desarrollaron una serie de productos de antenas de alta precisión con derechos de propiedad intelectual independientes.  Por ejemplo, en el campo de la antena de estación de referencia y la antena de medición incorporada, la antena de estrangulación 3D de Huaxin y todas las antenas compuestas de Netcom no solo tienen un rendimiento de nivel líder internacional, sino que también tienen una alta confiabilidad del producto, una larga vida útil y un rendimiento extremadamente alto. Baja tasa de fallas, que puede cumplir con diversas aplicaciones ambientales.  En vehículos, vehículos aéreos no tripulados y otras industrias, la tecnología de diseño de antenas de medición externas y antenas en espiral de cuatro brazos ha sido relativamente madura y se ha utilizado ampliamente en sistemas de pruebas de conducción, conducción no tripulada, vehículos aéreos no tripulados y otras industrias, y ha logrado buenos beneficios económicos y sociales. .   
 
       
       
 

3. Situación actual y perspectivas del mercado de antenas GNSS.

   En 2018, el valor de producción total de la industria de servicios de localización y navegación por satélite de China alcanzó los 301.6 millones de yuanes, un aumento del 18.3 % con respecto a 2017 [2], y alcanzará los 400 millones de yuanes en 2020; En 2019, el valor de producción total del mercado mundial de navegación por satélite será de 150 mil millones de euros y el número de usuarios finales de GNSS alcanzará los 6.4 mil millones; En el contexto de la recesión económica mundial, la industria de los GNSS es una de las pocas industrias que se levanta contra esta tendencia. La Oficina Europea de Sistemas Globales de Navegación por Satélite predice que en la próxima década, el valor total de producción del mercado mundial de navegación por satélite se duplicará a más de 300 mil millones de euros, y el número de terminales GNSS aumentará a 9.5 mil millones.  En el mercado mundial de la navegación por satélite, los equipos terminales utilizados en el tráfico rodado, los vehículos aéreos no tripulados y otros campos son el segmento de mercado de más rápido crecimiento en la próxima década: los vehículos inteligentes y sin conductor son la principal dirección de desarrollo de los vehículos de carretera en el futuro. Los vehículos con capacidad de conducción automática deben estar equipados con una antena GNSS de alta precisión. Por lo tanto, existe una gran demanda de antenas GNSS en el mercado de la conducción automática. Con el continuo desarrollo de la modernización agrícola de China, el consumo de vehículos aéreos no tripulados equipados con antenas de posicionamiento de alta precisión, como los vehículos aéreos no tripulados fitosanitarios, seguirá creciendo.

4. Tendencia de desarrollo de la antena GNSS de alta precisión

 Después de años de desarrollo, varias tecnologías de antenas GNSS de alta precisión están relativamente maduras, pero aún quedan muchas direcciones por recorrer:  1. Miniaturización: la miniaturización de los equipos electrónicos es una eterna tendencia de desarrollo, especialmente en aplicaciones como UAV y teléfonos móviles, la demanda de antenas de pequeño tamaño es más urgente. Sin embargo, el rendimiento de la antena se reducirá después de miniaturizarla. Cómo reducir el tamaño de la antena con la premisa de garantizar un rendimiento integral es una dirección de investigación importante para las antenas de alta precisión.  2. Tecnología anti-multitrayecto: la tecnología anti-multitrayecto de la antena GNSS incluye principalmente tecnología de estrangulamiento [3], tecnología de material electromagnético artificial [4] [5], etc., pero todas tienen las desventajas de su gran tamaño, ancho de banda estrecho y alto costo. y no puede realizar el diseño universal. Por lo tanto, es necesario estudiar la tecnología anti-multipath con miniaturización y banda ancha para cumplir con diversos requisitos de aplicación.  3. Multifunción: Hoy en día, además de la antena GNSS, se integra más de una antena de comunicación en diversos equipos. Diferentes sistemas de comunicación pueden producir diversas interferencias de señal en la antena GNSS, afectando la recepción normal del satélite. Por lo tanto, el diseño integrado de la antena GNSS y la antena de comunicación se realiza mediante una integración multifuncional. La interferencia entre antenas se considera en el diseño, lo que puede mejorar el grado de integración, mejorar las características de compatibilidad electromagnética y mejorar el rendimiento de toda la máquina.

5. Conclusión

   Este artículo presenta brevemente la antena de alta precisión GNSS, se centra en su aplicación en diferentes industrias y el estado técnico de la antena de alta precisión en el país y en el extranjero, y resume su situación de mercado y su tendencia de desarrollo. Con la popularización de la tecnología 5g, la tecnología Beidou 5g promoverá aún más la aplicación de tecnología de posicionamiento de alta precisión en cada vez más campos, y las antenas de posicionamiento de alta precisión también marcarán el comienzo de un mayor espacio de desarrollo.

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