[实用新型]一种具有精确相位中心的多模GNSS测试接收机

说明书

本实用新型提供一种具有精确相位中心的多模GNSS测试接收机，分为GNSS接收天线和有源接收机两部分，GNSS接收天线采用四馈电点宽带圆极化设计方法，驻波带宽和轴比带宽均覆盖四大GNSS导航信号频率，且其设计和制造结构简单，零部件少，系统稳定性高；有源接收机采用宽带电桥、低噪声放大器以及开关滤波器网络实现接收信号的预处理。

技术领域

本实用新型涉及GNSS测试领域，特别涉及一种具有精确相位中心的多模 GNSS测试接收机。

背景技术

目前全球已建立四大GNSS(Global Navigation Satellite System)卫星导航系统，分别是美国的GPS，中国北斗二代，欧洲的伽利略系统和俄罗斯的 GLONASS系统，为地面用户提供定位、测量以及授时等服务，已广泛应用于民用和军用领域，在工程建设、科学研究、资源勘探以及军事部署中起着举足轻重的作用。GNSS接收机根据具体用途分为以下几种类型：(1)导航型接收机，用于确定运动载体的位置和速度等信息，单点测试精度较低，接收机结构简单，成本低；(2)测量型接收机，用于精密大地测量或工程测量，定位精度高，仪器构造复杂，成本高；(3)授时型接收机，用于接收卫星高精度时间标准，常用于无线通信中的时间同步。多模GNSS接收机工作频段能够覆盖四大导航系统所在的频段，即1163.72MHz～l278.75MHz和1561.098 MHz～1615.5MHz，并且兼容各个GNSS系统工作制式。多模GNSS圆极化天线需要覆盖近500MHz带宽，一般采用多频圆极化和宽带圆极化实现。在高精度大地测量应用领域，需要系统接收机有很低的测量误差，根据文献[1] (GNSS-750userguide.www.novatel.com)[2](张勇虎，卫星导航系统中的测试型天线技术研究，长沙：博士学位论文，2006)，测量天线的主要误差来源于天线的相位中心偏移和多径传输效应，同时天线的低仰角增益和交叉极化抑制能力也会影响GNSS接收机的测量灵敏度。因此高精度GNSS测量天线设计的核心问题可归结如下：(1)天线应具有高稳定度的相位中心；(2) 天线具有物理抗多径传输的能力；(3)天线应改善低仰角增益和轴比。

接收机天线相位中心既非天线几何中心，也不是一个稳定的点，而是与入射信号仰角、方位角、信号频率和天线形式有关。GNSS接收机的观测值是以天线的相位中心为基准的，但具体使用时天线的安置却是以其几何中心为准。如果天线的相位中心与其几何中心并不一致，则会引入测量误差。与仰角有关的相位中心变化，主要造成相对高程测量上的误差和测站间基线的尺度误差，而与方位角相关的相位中心变化则会导致水平位置的误差。在整个波束空间存在唯一相位中心的天线难以实现，绝大部分天线在整个波束空间不存在唯一的相位中心，只在主瓣某一范围内相位保持相对恒定。此时接收天线在接收不同方向的卫星信号时会引入相位差异，进而引入定位测量结果误差。天线相位中心飘动导致的测量误差为数毫米到数厘米不等。对于伪码测距定位来说，这种误差远小于定位精度，可以忽略不计，但是对于采用载波相位测量的精密相对定位而言，这种误差会严重影响测试精度。

多径效应是影响GNSS接收机测量精度的另一个主要误差源。卫星直达信号在传播过程中遇到山脉、河流、高层建筑等复杂环境对会发生反射和散射，某些反射和散射的信号会和直达信号一起被接收机所接收，这些进入接收机天线的反射和散射信号相当于传播路径延长的直达信号，其相位滞后，与原信号叠加后幅度可能衰减或者增强。多径信号会引起接收机载噪比变化，导致码相关峰变形，进而降低接收机的测距精度。

测量型天线除了要求具有高稳定的相位中心和多径抑制能力之外，还要求一定的低仰角增益和交叉极化抑制。提高天线的低仰角增益有利于GNSS接收机接收地平面附近的导航卫星信号，这在某些特定应用场合是非常有用的。提高天线轴比性能有利于抑制多径传输效应，提高测量精度。