Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Verbesserung der Satellitenpositionierungstechnologie wurde hochpräzise Positionierungstechnologie in allen Lebensbereichen des modernen Lebens eingesetzt, wie z. B. Vermessung und Kartierung, Präzisionslandwirtschaft, UAV, unbemanntes Fahren und andere Bereiche, hochpräzise Positionierungstechnologie ist überall zu sehen.Insbesondere mit der Fertigstellung des Netzwerks der neuen Generation des Beidou-Navigationssatellitensystems und dem Beginn der 5G-Ära wird erwartet, dass die kontinuierliche Weiterentwicklung von Beidou +5G die Anwendung hochpräziser Positionierungstechnologie in den Bereichen Flughafenplanung fördern wird , Roboterinspektion, Fahrzeugüberwachung, Logistikmanagement und andere Bereiche.Die Realisierung einer hochpräzisen Positionierungstechnologie ist untrennbar mit der Unterstützung einer hochpräzisen Antenne, eines hochpräzisen Algorithmus und einer hochpräzisen Platine verbunden.In diesem Artikel werden hauptsächlich die Entwicklung und Anwendung hochpräziser Antennen, der Technologiestatus usw. vorgestellt.

1. Entwicklung und Anwendung einer hochpräzisen GNSS-Antenne

1.1 Hochpräzise Antenne

Im GNSS-Bereich handelt es sich bei hochpräzisen Antennen um eine Antennenart, die besondere Anforderungen an die Stabilität des Antennenphasenzentrums stellt.Es wird normalerweise mit einer hochpräzisen Platine kombiniert, um die hochpräzise Positionierung auf Zentimeter- oder Millimeterebene zu realisieren.Beim Entwurf hochpräziser Antennen werden in der Regel besondere Anforderungen an die folgenden Indikatoren gestellt: Antennenstrahlbreite, geringer Höhengewinn, Unrundheit, Rollabfallkoeffizient, Vorder- und Hinterverhältnis, Anti-Mehrwegefähigkeit usw. Diese Indikatoren werden wirken sich direkt oder indirekt auf die Phasenzentrumsstabilität der Antenne aus und wirken sich dann auf die Positionierungsgenauigkeit aus.

1.2 Anwendung und Klassifizierung hochpräziser Antennen

Die hochpräzise GNSS-Antenne wurde ursprünglich im Bereich der Vermessung und Kartierung eingesetzt, um bei technischen Erhebungen, topografischen Kartierungen und verschiedenen Kontrollvermessungen eine statische Positionierungsgenauigkeit im Millimeterbereich zu erreichen.Mit zunehmender Reife der hochpräzisen Positionierungstechnologie werden hochpräzise Antennen nach und nach in immer mehr Bereichen eingesetzt, darunter Referenzstationen für den Dauerbetrieb, Deformationsüberwachung, Erdbebenüberwachung, Vermessungs- und Kartierungsmessungen, unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) und Präzisionsbereiche In der Landwirtschaft, im automatischen Fahren, in der Fahrprüfung, im Maschinenbau und in anderen Industriebereichen weist die Indexanforderung der Antenne in verschiedenen Anwendungen ebenfalls offensichtliche Unterschiede auf.

1.2.1 CORS-System, Verformungsüberwachung, seismische Überwachung – Referenzstationsantenne

Hochpräzise Antennen verwenden eine kontinuierlich arbeitende Referenzstation, um durch Langzeitbeobachtung genaue Standortinformationen zu erhalten und durch das Datenkommunikationssystem in Echtzeit Beobachtungsdaten an das Kontrollzentrum zu übertragen, um den Fehler des berechneten Kontrollzentrumsbereichs nach Korrekturparametern zu verbessern Das Bodensystem und das Waas-System verbessern das Sternsystem usw., um Fehlermeldungen an den Rover (Client) zu senden. Schließlich kann der Benutzer genaue Koordinateninformationen erhalten [1].

Bei der Anwendung der Verformungsüberwachung, Erdbebenüberwachung usw. ist es erforderlich, das Ausmaß der Verformung genau zu überwachen und kleine Verformungen zu erkennen, um das Auftreten von Naturkatastrophen vorherzusagen.

Daher muss beim Entwurf hochpräziser Antennen für Anwendungen wie Referenzstationen im Dauerbetrieb, Deformationsüberwachung und seismische Überwachung zunächst die hervorragende Phasenzentrumsstabilität und die Fähigkeit zur Vermeidung von Mehrwegestörungen berücksichtigt werden, um eine genaue Echtzeitversorgung zu gewährleisten Positionsinformationen für verschiedene erweiterte Systeme.Darüber hinaus muss die Antenne so viele Satelliten wie möglich empfangen, um so viele Satellitenkorrekturparameter wie möglich bereitzustellen. Vier System-Vollfrequenzbänder sind zur Standardkonfiguration geworden.Bei dieser Art von Anwendung wird üblicherweise eine Referenzstationsantenne (Referenzstationsantenne), die das gesamte Band von vier Systemen abdeckt, als Beobachtungsantenne des Systems verwendet.

1.2.2 Vermessung und Kartierung – Eingebaute Vermessungsantenne

Im Bereich der Vermessung und Kartierung ist es notwendig, eine integrierte Vermessungsantenne zu entwerfen, die einfach zu integrieren ist.Die Antenne ist normalerweise oben in den RTK-Empfänger eingebaut, um eine Echtzeit- und hochpräzise Positionierung im Bereich der Vermessung und Kartierung zu erreichen.

Eingebaute Messantennenabdeckung steht im Vordergrund bei der Gestaltung von Frequenzstabilität, Strahlabdeckung, Phasenzentrum, Antennengröße usw., insbesondere bei der Anwendung von Netzwerk-RTK, integriert mit 4 g, Bluetooth, WiFi, alle Netcom-integriert. Bei der Messung von Antennen nehmen sie nach und nach den Hauptmarktanteil ein, da sie seit ihrer Einführung im Jahr 2016 von der Mehrheit der RTK-Empfängerhersteller weit verbreitet und gefördert werden.

1.2.3 Fahrprüfung und Fahrtraining, unbemanntes Fahren – externe Messantenne

Das herkömmliche Fahrprüfungssystem hat viele Nachteile, wie z. B. große Eingabekosten, hohe Betriebs- und Wartungskosten, große Umweltbelastung, geringe Genauigkeit usw. Nach dem Einsatz einer hochpräzisen Antenne im Fahrprüfungssystem wechselt das System von der manuellen Bewertung Dank der intelligenten Auswertung ist die Auswertungsgenauigkeit hoch, wodurch die Personal- und Materialkosten der Fahrprüfung erheblich gesenkt werden.

In den letzten Jahren hat sich das unbemannte Fahrsystem rasant weiterentwickelt.Beim unbemannten Fahren wird normalerweise die Positionierungstechnologie der hochpräzisen RTK-Positionierung und der kombinierten Trägheitsnavigation eingesetzt, mit der in den meisten Umgebungen eine hohe Positionierungsgenauigkeit erreicht werden kann.

Bei Fahrprüfungen, wie z. B. unbemannten Systemen, werden Antennen oft mit der äußeren Form gemessen, die Arbeitsfrequenz muss verwendet werden, Mehrfrequenzantennen mit mehreren Systemen können eine hohe Positionierungsgenauigkeit erreichen, das Mehrwegesignal weist eine gewisse Hemmung auf und ist gut für die Umgebung geeignet Anpassungsfähigkeit, kann ohne Ausfall langfristig im Freien verwendet werden.

1.2.4 UAV – Hochpräzise UAV-Antenne

In den letzten Jahren hat sich die UAV-Industrie rasant entwickelt.UAV wird häufig im landwirtschaftlichen Pflanzenschutz, bei der Vermessung und Kartierung, bei der Überwachung von Stromleitungen und in anderen Szenarien eingesetzt.In solchen Szenarien kann nur die Ausstattung mit einer hochpräzisen Antenne die Genauigkeit, Effizienz und Sicherheit verschiedener Vorgänge gewährleisten.Aufgrund der Eigenschaften von UAVs wie hoher Geschwindigkeit, geringer Last und kurzer Lebensdauer konzentriert sich das Design der hochpräzisen UAV-Antenne hauptsächlich auf Gewicht, Größe, Stromverbrauch und andere Faktoren und verwirklicht das Breitbanddesign so weit wie möglich unter der Prämisse, dies zu gewährleisten Gewicht und Größe.

2, Status der GNSS-Antennentechnologie im In- und Ausland

2.1 Aktueller Stand der ausländischen hochpräzisen Antennentechnologie

Die ausländische Forschung zu hochpräzisen Antennen begann schon früh und es wurden eine Reihe hochpräziser Antennenprodukte mit guter Leistung entwickelt, darunter die Choke-Antenne der GNSS 750-Serie von NoVatel, die Antenne der Zepryr-Serie von Trimble, die Leica AR25-Antenne usw Dabei gibt es viele Antennenformen mit großer innovativer Bedeutung.Daher ist Chinas Markt für hochpräzise Antennen in der Vergangenheit seit langem nicht mehr dem Monopol ausländischer Produkte unterworfen.Allerdings hat in den letzten zehn Jahren mit dem Aufstieg einer großen Zahl inländischer Hersteller die Leistung ausländischer GNSS-Hochpräzisionsantennen im Grunde keinen Vorteil, aber die inländischen Hochpräzisionshersteller begannen, den Markt ins Ausland auszudehnen.

Darüber hinaus haben sich in den letzten Jahren auch einige neue GNSS-Antennenhersteller entwickelt, wie Maxtena, Tallysman usw., deren Produkte hauptsächlich kleine GNSS-Antennen sind, die für UAVs, Fahrzeuge und andere Systeme verwendet werden.Die Antennenform ist normalerweise eine Mikrostreifenantenne mit hoher Dielektrizitätskonstante oder eine vierarmige Spiralantenne.Bei dieser Art der Antennendesigntechnologie haben ausländische Hersteller keinen Vorteil, inländische und ausländische Produkte treten in die Phase des homogenen Wettbewerbs ein.

2.2 Aktuelle Situation der heimischen hochpräzisen Antennentechnik

Im letzten Jahrzehnt begann eine Reihe inländischer Hersteller von Hochpräzisionsantennen zu wachsen und sich zu verkleinernEntwicklung wie Huaxin Antenna, Zhonghaida, Dingyao, Jiali Electronics usw., die eine Reihe hochpräziser Antennenprodukte mit unabhängigen Rechten an geistigem Eigentum entwickelt haben.

Beispielsweise erreichen die 3D-Choke-Antenne und die kombinierte Full-Netcom-Antenne von HUaxin im Bereich der Referenzstationsantenne und der integrierten Messantenne nicht nur das international führende Leistungsniveau, sondern erfüllen auch die Anforderungen verschiedener Umweltanwendungen mit hoher Zuverlässigkeit. lange Lebensdauer und sehr geringe Ausfallrate.

In der Fahrzeug-, Drohnen- und anderen Branchen ist die Konstruktionstechnologie der externen Messantenne und der vierarmigen Spiralantenne relativ ausgereift und wird häufig in der Anwendung von Fahrprüfsystemen, unbemanntem Fahren, Drohnen und anderen Branchen eingesetzt. und hat gute wirtschaftliche und soziale Vorteile erzielt.

3. Aktuelle Situation und Aussichten des GNSS-Antennenmarktes

Im Jahr 2018 erreichte der Gesamtproduktionswert der chinesischen Satellitennavigations- und Ortungsdienstleistungsindustrie 301,6 Milliarden Yuan, ein Plus von 18,3 % im Vergleich zu 2017 [2], und wird im Jahr 2020 400 Milliarden Yuan erreichen;Im Jahr 2019 betrug der Gesamtwert des globalen Satellitennavigationsmarktes 150 Milliarden Euro und die Zahl der GNSS-Terminalnutzer erreichte 6,4 Milliarden.Die GNSS-Branche ist eine der wenigen Branchen, die dem globalen Wirtschaftsabschwung standgehalten hat.Die Europäische GNSS-Agentur prognostiziert, dass sich der weltweite Satellitennavigationsmarkt im nächsten Jahrzehnt auf mehr als 300 Milliarden Euro verdoppeln und die Zahl der GNSS-Terminals auf 9,5 Milliarden steigen wird.

Der weltweite Markt für Satellitennavigation, der auf den Straßenverkehr und unbemannte Luftfahrzeuge in Bereichen wie Endgeräte angewendet wird, ist in den nächsten 10 Jahren das am schnellsten wachsende Marktsegment: Intelligenz, unbemannte Fahrzeuge sind die Hauptentwicklungsrichtung und die zukünftige Fähigkeit von Straßenfahrzeugen zum automatisierten Fahren Das Fahrzeug muss mit einer GNSS-Antenne mit hoher Präzision ausgestattet sein, daher besteht eine große Marktnachfrage nach GNSS-Antennen für automatisches Fahren.Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der landwirtschaftlichen Modernisierung Chinas wird der Einsatz von Drohnen, die mit hochpräzisen Positionierungsantennen ausgestattet sind, wie beispielsweise Pflanzenschutz-UAVs, weiter zunehmen.

4. Entwicklungstrend der hochpräzisen GNSS-Antenne

Nach Jahren der Entwicklung sind verschiedene Technologien für hochpräzise GNSS-Antennen relativ ausgereift, es gibt jedoch noch viele Richtungen, in denen Fortschritte gemacht werden müssen:

1. Miniaturisierung: Die Miniaturisierung elektronischer Geräte ist ein ewiger Entwicklungstrend, insbesondere bei Anwendungen wie UAV und Handheld ist die Nachfrage nach kleinen Antennen dringender.Allerdings wird die Leistung der Antenne nach der Miniaturisierung abnehmen.Die Reduzierung der Antennengröße bei gleichzeitiger Sicherstellung umfassender Leistung ist eine wichtige Forschungsrichtung der hochpräzisen Antenne.

2. Anti-Multipath-Technologie: Die Anti-Multipath-Technologie der GNSS-Antenne umfasst hauptsächlich die Drosselspulentechnologie [3], die Technologie mit künstlichem elektromagnetischem Material [4][5] usw. Sie alle haben jedoch Nachteile wie große Größe und schmales Band Breite und hohe Kosten, und es ist kein universelles Design möglich.Daher ist es notwendig, die Anti-Multipath-Technologie mit den Merkmalen Miniaturisierung und Breitband zu untersuchen, um verschiedene Anwendungsanforderungen zu erfüllen.

3. Multifunktion: Heutzutage ist neben der GNSS-Antenne auch mehr als eine Kommunikationsantenne in verschiedenen Geräten integriert.Verschiedene Kommunikationssysteme können verschiedene Signalstörungen an der GNSS-Antenne verursachen und den normalen Satellitenempfang beeinträchtigen.Daher wird das integrierte Design von GNSS-Antenne und Kommunikationsantenne durch Multifunktionsintegration realisiert, und der Interferenzeffekt zwischen Antennen wird während des Designs berücksichtigt, was den Integrationsgrad verbessern, die elektromagnetischen Verträglichkeitseigenschaften verbessern und die Leistung verbessern kann die ganze Maschine.