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Überblick über die Entwicklung hochpräziser GNSS-Antennen

Erscheinungsdatum: 2021Quelle des Autors: KinghelmAufrufe: 544

Einführung

 Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Verbesserung der Satellitenortungstechnologie wurde hochpräzise Ortungstechnologie in allen Lebensbereichen eingesetzt. Hochpräzise Positionierungstechnologie ist beispielsweise überall in den Bereichen Vermessung und Kartierung, Präzisionslandwirtschaft, UAV, unbemanntes Fahren usw. zu sehen. Insbesondere mit dem Abschluss der Vernetzung der neuen Generation des Beidou-Satellitennavigationssystems und dem Beginn der 5g-Ära wird erwartet, dass die kontinuierliche Weiterentwicklung von Beidou 5g die breitere Anwendung hochpräziser Positionierungstechnologie in den Bereichen Flughafenabfertigung, Roboterpatrouilleninspektion, Fahrzeugüberwachung, Logistikmanagement und so weiter. Die Realisierung hochpräziser Positionierungstechnologie ist untrennbar mit der Unterstützung hochpräziser Antennen, hochpräziser Algorithmen und hochpräziser Platinen verbunden. In diesem Artikel werden hauptsächlich die Entwicklung, Anwendung und der technische Status hochpräziser Antennen vorgestellt.
 

1. Entwicklung und Anwendung einer hochpräzisen GNSS-Antenne

 1.1 Einführung in die hochpräzise Antenne
 Im GNSS-Bereich handelt es sich bei der hochpräzisen Antenne um eine Art Antenne mit besonderen Anforderungen an die Stabilität des Antennenphasenzentrums. Es arbeitet normalerweise mit hochpräzisen Platinen zusammen, um eine hochpräzise Positionierung auf Zentimeter- oder Millimeterebene zu erreichen. Beim Entwurf hochpräziser Antennen werden in der Regel besondere Anforderungen an die folgenden Antennenindizes gestellt: Antennenstrahlbreite, geringer Höhengewinn, Unrundheit, Roll-Off-Koeffizient, Verhältnis von Vorder- zu Rückseite, Anti-Mehrwegefähigkeit usw. Diese Indizes wirken sich direkt oder indirekt auf die Phasenzentrumsstabilität der Antenne und dann auf die Positionierungsgenauigkeit aus.

 1.2 Anwendung und Klassifizierung hochpräziser Antennen
 Hochpräzise GNSS-Antennen wurden ursprünglich hauptsächlich im Bereich der Vermessung und Kartierung eingesetzt, um bei der technischen Absteckung, topografischen Kartierung und verschiedenen Kontrollmessungen 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, Verformungsüberwachung, Erdbebenüberwachung, Vermessung und Kartierung, UAV, Präzisionslandwirtschaft, automatisches Fahren und Fahren Prüfung und Schulung, Maschinenbau und andere Industriebereiche. Es gibt offensichtliche Unterschiede in den Indexanforderungen der Antenne in verschiedenen Anwendungen.

 1.2.1 CORS-System, Verformungsüberwachung, seismische Überwachung – Referenzstationsantenne
 Wenn die hochpräzise Antenne an der Referenzstation im Dauerbetrieb angebracht wird, werden genaue Positionsinformationen durch Langzeitbeobachtung gewonnen und die Beobachtungsdaten werden in Echtzeit über das Datenkommunikationssystem an das Kontrollzentrum übertragen. Das Kontrollzentrum berechnet die Fehlerkorrekturparameter im Bereich und durchläuft dann das bodengestützte Verbesserungssystem, das großflächige Verbesserungssystem, das satellitengestützte Verbesserungssystem usw., sendet die Fehlerinformationen an die Mobilstation (Client) und aktiviert sie schließlich Der Benutzer erhält genaue Koordinateninformationen [1].  Bei Anwendungen zur Deformationsüberwachung und Erdbebenüberwachung ist es notwendig, die Deformation genau zu überwachen und kleine Deformationen 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 genaue Positionsinformationen für verschiedene Anwendungen bereitzustellen Verbesserungssysteme in Echtzeit. Um möglichst viele Satellitenkorrekturparameter bereitzustellen, muss die Antenne außerdem möglichst viele Satelliten empfangen. Das Vier-System-Vollfrequenzband ist zur Standardkonfiguration geworden. Bei solchen Anwendungen wird üblicherweise die Referenzstationsantenne (Referenzstationsantenne), die das gesamte Frequenzband der vier Systeme abdeckt, als Beobachtungsantenne des Systems verwendet.

 1.2.2 Vermessungskartierung – eingebaute Vermessungsantenne
 Im Bereich der Vermessung und Kartierung ist es notwendig, eine integrierte Messantenne zu entwerfen, die einfach zu integrieren ist. Die Antenne ist normalerweise auf der Oberseite eines RTK-Empfängers aufgebaut, um eine Echtzeit- und hochpräzise Positionierung im Bereich der Vermessung und Kartierung zu ermöglichen.  Zu den Hauptüberlegungen bei der Gestaltung integrierter Messantennen gehören Frequenzbandabdeckung, Strahlabdeckung, Phasenzentrumsstabilität, Antennengröße usw., insbesondere mit der Verbreitung von Network RTK, der integrierten Messantenne aller Netcom-Geräte mit 4G-Integration. Bluetooth und WiFi nimmt nach und nach den Hauptmarktanteil ein. Seit seiner Einführung im Jahr 2016 wird es von den meisten Herstellern von RTK-Empfängern bevorzugt. Es ist weit verbreitet und hat sich großer Beliebtheit erfreut.
 1.2.3 Fahrprüfung, Fahrtraining, unbemanntes Fahren – externe Messantenne
 Das herkömmliche Fahrprüfungssystem hat viele Nachteile, wie z. B. hohe Investitionskosten, hohe Betriebs- und Wartungskosten, große Auswirkungen auf die Umwelt und geringe Genauigkeit. Nachdem die hochpräzise Antenne am Fahrprüfungssystem angebracht wurde, wechselt das Fahrprüfungssystem von der manuellen Bewertung zur intelligenten Bewertung mit hoher Bewertungsgenauigkeit, was die Personal- und Materialkosten der Fahrprüfung erheblich reduziert.  In den letzten Jahren haben sich unbemannte Systeme rasant weiterentwickelt. Beim unbemannten Fahren wird üblicherweise die Positionierungstechnologie der hochpräzisen RTK-Positionierung und der kombinierten Trägheitsnavigation verwendet, mit der in den meisten Umgebungen eine hohe Positionierungsgenauigkeit erreicht werden kann.  Bei Fahrprüfungen, Fahrtrainings, unbemanntem Fahren und anderen Systemen wird häufig die Form einer externen Messantenne verwendet. Die Antenne muss über ein Multisystem- und Multifrequenz-Arbeitsfrequenzband verfügen, das eine hohe Positionierungsgenauigkeit erreichen kann, eine gewisse Unterdrückungsfähigkeit für Mehrwegesignale aufweist und eine gute Anpassungsfähigkeit an die Umgebung aufweist. Es kann lange Zeit störungsfrei im Freien verwendet werden.

 1.2.4 UAV – hochpräzise UAV-Antenne
 In den letzten Jahren hat sich die UAV-Branche rasant entwickelt. UAVs werden häufig zum Schutz landwirtschaftlicher Pflanzen, zur Vermessung und Kartierung, zur Überwachung von Stromleitungen und in anderen Bereichen eingesetzt. In solchen Szenen 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 Belastung und kurzer Lebensdauer konzentriert sich das Design hochpräziser UAV-Antennen hauptsächlich auf Faktoren wie Gewicht, Größe und Stromverbrauch und verwirklicht das Breitbanddesign so weit wie möglich unter der Prämisse von Sicherstellung von Gewicht und Größe.

 

2. Technischer Stand der GNSS-Antenne im In- und Ausland

 2.1 Technischer Stand der Hochpräzisionsantenne im Ausland
 Das Ausland begann früher mit der Erforschung hochpräziser Antennen und entwickelte auch eine Reihe hochpräziser Antennenprodukte mit guter Leistung, darunter die Choke-Antenne der GNSS 750-Serie von Novatel, die Zepryr-Serienantenne von Trimble, die Leica AR25-Antenne usw Es gibt viele Antennenformen mit großer innovativer Bedeutung. Daher wurde der chinesische Markt für hochpräzise Antennen in der Vergangenheit lange Zeit von ausländischen Produkten monopolisiert. Allerdings haben ausländische GNSS-Hochpräzisionsantennen im letzten Jahrzehnt mit dem Aufstieg einer großen Zahl inländischer Hersteller grundsätzlich keine Leistungsvorteile mehr. Im Gegenteil, inländische Hochpräzisionshersteller haben begonnen, den Markt im Ausland zu erkunden.  Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren einige neue GNSS-Antennenhersteller im Ausland entwickelt, wie z. B. Maxtena, Tallysman usw. Bei ihren Produkten handelt es sich hauptsächlich um kleine GNSS-Antennen für UAV, Fahrzeuge und andere Systeme. Die Antennenform ist normalerweise eine Mikrostreifenantenne mit hoher Dielektrizitätskonstante oder eine vierarmige Spiralantenne. Ausländische Hersteller haben keine Vorteile in der Designtechnologie solcher Antennen. Inländische und ausländische Produkte treten in eine Phase des homogenen Wettbewerbs ein.

 
 
 
 2.2 Technischer Status der inländischen Hochpräzisionsantenne
 Die Kommerzialisierung inländischer Hochpräzisionsantennen begann spät, entwickelte sich jedoch rasch. Im letzten Jahrzehnt begann eine Reihe inländischer Hersteller hochpräziser Antennen zu wachsen, wie z. B. Huaxin Antenna, Zhonghaida, Dingyao, Jiali Electronics usw., und entwickelte eine Reihe hochpräziser Antennenprodukte mit unabhängigen Rechten an geistigem Eigentum.  Im Bereich der Referenzstationsantennen und integrierten Messantennen beispielsweise verfügen die 3D-Choke-Antenne von Huaxin und alle Netcom-Verbundantennen nicht nur über eine Leistung, die international führend ist, sondern auch über eine hohe Produktzuverlässigkeit, eine lange Lebensdauer und extrem hohe Zuverlässigkeit niedrige Ausfallrate, die verschiedene Umweltanwendungen erfüllen kann.  In der Fahrzeug-, UAV- und anderen Industriezweigen ist die Designtechnologie der externen Messantenne und der vierarmigen Spiralantenne relativ ausgereift und wird häufig in Fahrversuchssystemen, unbemanntem Fahren, UAV und anderen Industriezweigen eingesetzt und erzielte gute wirtschaftliche und soziale Vorteile .   
 
       
       
 

3. Aktuelle Situation und Aussichten des GNSS-Antennenmarktes

   Im Jahr 2018 erreichte der Gesamtproduktionswert der chinesischen Satellitennavigations- und Ortungsdienstleistungsindustrie 301.6 Milliarden Yuan, ein Anstieg von 18.3 % gegenüber 2017 [2], und wird im Jahr 400 2020 Milliarden Yuan erreichen; Im Jahr 2019 wird der Gesamtproduktionswert des globalen Satellitennavigationsmarktes 150 Milliarden Euro betragen und die Zahl der GNSS-Endnutzer wird 6.4 Milliarden erreichen; Vor dem Hintergrund des weltweiten Wirtschaftsabschwungs ist die GNSS-Industrie eine der wenigen Branchen, die sich gegen den Trend entwickeln. Das Europäische Büro für globale Satellitennavigationssysteme prognostiziert, dass sich der Gesamtproduktionswert des globalen Satellitennavigationsmarkts im nächsten Jahrzehnt auf mehr als 300 Milliarden Euro verdoppeln und die Zahl der GNSS-Terminals auf 9.5 Milliarden steigen wird.  Auf dem globalen Satellitennavigationsmarkt sind Endgeräte für den Straßenverkehr, UAVs und andere Bereiche das am schnellsten wachsende Marktsegment im nächsten Jahrzehnt: Intelligente und selbstfahrende Fahrzeuge sind die Hauptentwicklungsrichtung von Straßenfahrzeugen in der Zukunft. Fahrzeuge mit automatischer Fahrfähigkeit müssen mit einer hochpräzisen GNSS-Antenne ausgestattet sein. Daher besteht eine große Nachfrage nach GNSS-Antennen auf dem Markt für automatisches Fahren. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der landwirtschaftlichen Modernisierung Chinas wird der Verbrauch von UAVs, die mit hochpräzisen Positionierungsantennen ausgestattet sind, wie z. B. Pflanzenschutz-UAVs, weiter zunehmen.

4. Entwicklungstrend der hochpräzisen GNSS-Antenne

 Nach Jahren der Entwicklung sind verschiedene Technologien hochpräziser GNSS-Antennen relativ ausgereift, es gibt jedoch noch viele Richtungen, die durchbrochen werden müssen:  1. Miniaturisierung: Die Miniaturisierung elektronischer Geräte ist ein ewiger Entwicklungstrend, insbesondere bei Anwendungen wie UAV und Mobiltelefonen ist die Nachfrage nach kleinen Antennen dringender. Die Antennenleistung wird jedoch nachlassen, wenn die Antenne miniaturisiert wird. Die Reduzierung der Antennengröße unter der Voraussetzung, eine umfassende Leistung sicherzustellen, ist eine wichtige Forschungsrichtung für hochpräzise Antennen.  2. Anti-Multipath-Technologie: Die Anti-Multipath-Technologie der GNSS-Antenne umfasst hauptsächlich Drosseltechnologie [3], künstliche elektromagnetische Materialtechnologie [4] [5] usw., aber sie alle haben die Nachteile großer Größe, schmaler Bandbreite und hoher Kosten. und kann kein universelles Design realisieren. Daher muss die Anti-Multipath-Technologie mit Miniaturisierung und Breitband untersucht werden, um verschiedenen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden.  3. Multifunktion: Heutzutage ist neben der GNSS-Antenne mehr als eine Kommunikationsantenne in verschiedenen Geräten integriert. Verschiedene Kommunikationssysteme können unterschiedliche Signalstörungen an der GNSS-Antenne erzeugen und den normalen Satellitenempfang beeinträchtigen. Daher wird das integrierte Design von GNSS-Antenne und Kommunikationsantenne durch multifunktionale Integration realisiert. Die Interferenz zwischen Antennen wird bei der Konstruktion berücksichtigt, wodurch der Integrationsgrad verbessert, die elektromagnetischen Verträglichkeitseigenschaften verbessert und die Leistung der gesamten Maschine verbessert werden können.

5. Fazit

   In diesem Artikel wird die hochpräzise GNSS-Antenne kurz vorgestellt, der Schwerpunkt auf deren Anwendung in verschiedenen Branchen und dem technischen Status hochpräziser Antennen im In- und Ausland gelegt und deren Marktsituation und Entwicklungstrend zusammengefasst. Mit der Popularisierung der 5g-Technologie wird die 5g-Technologie von Beidou die Anwendung hochpräziser Positionierungstechnologie in immer mehr Bereichen weiter vorantreiben, und hochpräzise Positionierungsantennen werden auch größeren Entwicklungsraum eröffnen.

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