白 帆

（9294部隊(duì)，葫蘆島　125000）

1　GNSS天線類型

GNSS一般使用微帶貼片天線、四邊形螺旋天線以及螺旋天線。天線的基本參數(shù)：

1.1　阻抗帶寬

阻抗帶寬定義為傳遞到天線的90%的入射功率所對應(yīng)的頻率范圍，反射系數(shù)S＜-10dB，電壓駐波比小于2：1。滿足這些條件的上下頻率之差即為絕對阻抗帶寬。另外部分阻抗帶寬可計(jì)算為上下頻率之差與帶寬中心頻率的百分比：

1.2　輻射方向圖

輻射方向圖是天線輻射特性的圖形表示，它是空間坐標(biāo)系下的函數(shù)。對于一個(gè)小型天線，它一般在遠(yuǎn)場區(qū)域中確定，并表示為一個(gè)方向坐標(biāo)系下的函數(shù)。通常使用球面坐標(biāo)，在球面坐標(biāo)系中，x-z平面（用0°處固定的φ來測量θ）被稱為仰角平面，x-y平面（用90°處固定的φ來測量θ）被稱為在方位面。

1.3　天線相位中心

天線相位中心是一個(gè)與相位方向圖相關(guān)的概念，也就是天線的等相位面。在遠(yuǎn)場區(qū)域中，等相位面接近球形表面。球體的中心即是天線的等相位中心。在衛(wèi)星測量和其他精密測量中，接收信號(hào)的相位用來獲得一個(gè)更精確的位置，所以需要考慮天線的相位中心。

1.4　方向性和增益

接收天線的方向性是來自最大主瓣方向的信號(hào)靈敏度與三維空間中來自各個(gè)方向的信號(hào)平均靈敏度的比率。接收天線的增益是相同的信號(hào)環(huán)境下，天線的接收信號(hào)與一個(gè)無損的全向天線的接收信號(hào)的比值。

1.5　效率

總的天線效率描述為輸入功率到輻射功率的轉(zhuǎn)換過程中的損失。

輻射效率需要考慮到天線的傳導(dǎo)和介電損耗（加熱）。反射效率解釋了由阻抗不匹配引起的功率損耗。

2　環(huán)境對GNSS天線信號(hào)的影響

2.1　多路徑對GNSS天線的影響

GNSS接收天線由于入射無線電波的反射、衍射和散射而受到多路徑的影響，這種影響取決于周圍環(huán)境的布局。在海上船舶狹小擁擠的環(huán)境中，有時(shí)候到達(dá)終端的信號(hào)是非常微弱的，經(jīng)過反射的信號(hào)可能是任意性的。

2.2　電磁環(huán)境對GNSS天線信號(hào)的影響

GNSS接收機(jī)受到的電磁干擾有同頻干擾、鄰道干擾等，同頻干擾是指所有落在接收機(jī)通帶內(nèi)的與有用信號(hào)頻率相同的無用信號(hào)的干擾。電磁干擾可能導(dǎo)致接收機(jī)捕獲時(shí)間延長、虛警率增加，嚴(yán)重的會(huì)造成接收機(jī)無法正常工作。

在某海域行駛的艦船上GNSS接收機(jī)捕獲到了一個(gè)干擾信號(hào)，致使接收機(jī)失鎖，不能正常定位。關(guān)閉疑似干擾設(shè)備后，干擾信號(hào)消失GNSS設(shè)備工作恢復(fù)正常，該信號(hào)頻率與接收機(jī)頻率相同，該干擾屬于同頻干擾。

3　航行對GNSS天線信號(hào)的影響

3.1　相位中心穩(wěn)定性對GNSS天線信號(hào)影響

在艦船的航行中，天線的相位中心和幾何中心不能完全重合，天線的相位中心會(huì)產(chǎn)生或大或小的漂移，在同一時(shí)刻不同方向的導(dǎo)航衛(wèi)星載波也會(huì)受到影響，GNSS 的定位精度也會(huì)降低。如果艦船GNSS天線的參考點(diǎn)（AP）定義為天線的幾何中心。天線平均相位中心和天線參考點(diǎn)之間的差異稱為相位中心的偏移（PO）。在某個(gè)特定方向上的相位中心與平均相位中心之間的偏移量稱為相位中心在這個(gè)方向上的變化量（PV）。如

3.2　GNSS天線朝向的性能依賴

在多路無線通信中天線方向起著至關(guān)重要的作用。方向的改變會(huì)改變天線主瓣方向從而造成通信鏈路的損耗。在艦船航行時(shí)，由于海浪海流風(fēng)向的影響，GNSS設(shè)備必須在天線朝向不斷改變的動(dòng)態(tài)環(huán)境中進(jìn)行。天線朝向的變化對GPS天線的性能有很大的影響，對高頻率高精度的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)的結(jié)果有一定的影響。

4　提高GNSS抗干擾性能

4.1　利用多模天線陣提高接收能力

多模天線指的是一個(gè)天線可以工作在不同的工作模式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同的功能，對于GNSS設(shè)備小型化、解決天線之間的電磁兼容問題。由于載體的結(jié)構(gòu)尺寸的限制，衛(wèi)星導(dǎo)航終端需要配備寬帶、多頻段、小型化或?qū)挷ㄊ炔煌阅芙M合的圓極化天線。

4.2　利用抗干擾算法提高抗干擾能力

應(yīng)用定的算法可以抑制干擾信號(hào)，提取有用的衛(wèi)星信號(hào)，提高接收機(jī)的抗干擾性能針對陣列抗干擾問題，常用的算法如LMS算法、RLS算法、和SMI算法等，能夠求出提高衛(wèi)星信號(hào)的信噪比，并估計(jì)出其空間特征矢量。

4.3　利用艦船綜合布局提高GNSS天線在復(fù)雜電磁環(huán)境下的接收能力

由于不同艦船的設(shè)計(jì)理念不一致，在進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備安裝時(shí)，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)考慮電磁兼容問題，通過屏蔽等措施，可以降低設(shè)備的輻射能量，增強(qiáng)抗干擾性能。各電子系統(tǒng)的位置關(guān)系顯得尤為重要。一般來說，可以在艦船的各個(gè)區(qū)域內(nèi)，將雷達(dá)、通信、導(dǎo)航設(shè)備分層設(shè)置，避免與頻率相同或相近的裝備天線安裝在一起，避免裝備之間的相互干擾。

5　結(jié)束語

實(shí)時(shí)、高效、高精度的GNSS定位系統(tǒng)，已經(jīng)是海上船舶航行導(dǎo)航定位的重要手段，也是我們海洋工程施工、海洋科考、設(shè)備試驗(yàn)的重要數(shù)據(jù)來源。在海上應(yīng)用GNSS設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)航定位，要使用航海型專用天線設(shè)備，高精度采集數(shù)據(jù)信息時(shí)要防止同頻段電子設(shè)備干擾。我們要了解正確使用 GNSS天線的重要性，注意做好GNSS天線信號(hào)的干擾分析，為海上船舶航行和海上科研工作提供更精確的GNSS定位數(shù)據(jù)。

[1]劉基余.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法[M].北京：科學(xué)出版社.