38、精密应用中的天线与场地考量

精密应用中的天线与场地考量

1. 引言

在精密应用的测距系统中，天线的性能对整个系统的表现有着重要影响。天线并非完美的设备，它会给系统引入各种误差。通常，测距系统会受到两类误差的影响：一类影响接收到的直接信号，另一类则与原始信号经反射产生的多径延迟副本有关。

空间群延迟变化和天线电相位中心位移是影响直接信号接收以及系统整体精度的关键参数。空间群延迟描述了天线相位方向图随方位角和仰角变化时的群延迟变化情况。理想情况下，这种变化对于所有角度都是恒定的，这样无论测距信号从哪个方向到达，引入的信号延迟量都是相同的。群延迟的任何变化都会直接转化为定时误差，进而导致测距误差。由于接收机的信号处理单元无法得知群延迟的具体数值，所以难以解决这些变化带来的问题。

为了尽量减小这些变化，可设计一种具有均匀方位角和仰角辐射方向图的宽带天线，其相位随频率线性变化。满足这一严格要求能够确保电相位中心不会随频率变化而移动。电相位中心的位置是GPS天线的一个重要特性，在大多数高端精密天线中，其相对于已知机械中心的位置偏移通常会被明确标记和记录。此外，还有一些特定的测量站点专门用于高端天线的校准，并在其网站上公布天线相位中心偏移（PCO）的结果，供公众查询。

多径是高精度（毫米级）测距系统解决方案中的主要误差来源。基于GPS码的测距系统在处理中长距离（数米）多径信号时，信号处理能力有限，且由于带宽不足，难以处理近距离（延迟数米）的多径信号。这种近距离多径信号通常在天线附近产生，因此，精心设计天线并合理考虑其安装位置，可以显著减少近多径效应，从而提高系统的整体精度。

天线有四个参数可用于“对抗”多径效应，分别是天线极化“纯度”、交叉极化水平、前后比（FBR）和幅度方向图形状