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GPS 接收機天線增益特性研究
隨著衛星通信技術的迅速發展, 在天線的研制和測試中, 對天線的各種參數的測量和分析是必不可少的。天線增益是表征天線性能的一個重要特性 參數, 主要是指在輸入功率相等的條件下, 實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產生的信號的 功率密度之比。本文主要從 GPS 接收機的觀測數據中提取入射方位和信噪比信息, 通過對部分接收機天線的數據實驗和觀察, 繪制相關信息的圖表, 研究其與天線增益特性之間的聯系。
1 常規天線增益測量方法分析
天線增益的測量可以根據定義測取相對功率或相對場強而得到?；镜姆椒ㄓ斜容^法測天線增益、兩相同天線法測絕對增益、鏡象法測絕對增益、 兩不同天線法測絕對增益和三天線法測絕對增益, 但是這些方法進行天線增益測量時, 除了儀器本身及收、發天線最大輻射方向是否對準所帶來的誤差外, 主要誤差來自于兩個方面: 第一, 阻抗失配和極化失配; 第二, 近場效應和多徑干涉。前者可以通過精確測量反射系數和極化特性, 然后對測得的增益值予以修正, 從而把誤差減至最小; 后者可通過增加收、發天線間的距離和采用地面反射測試場來減小 測量誤差或對測試結果進行修正。
其次這些天線增益的測量都是通過在選定的實驗場地架設高大的待測天線和輔助天線, 用傳統的方法進行測量。這些測量方法存在場地選擇困難、
測量過程繁瑣、測量周期長等不足之處。所以需要 研究比較簡單實用的測量天線增益的方法。
2 分析方法
本次實驗主要收集了固定測站接收機的 2004年第 1 天、第 2 天、第 3 天、第 30 天、第 60 天、第 90 天和第 120 天的對應的 Ashtech 星歷文件的 B 文件、Rinex 文件和導航電文的數據信息。通過自編解碼軟件得出初步的入射方位和信噪比數據, 繪制1 個二維的極坐標圖來表示入射方位的高度角和方位角, 如圖 1 所示。圖中極角表示入射方位的方位角, 0!為北方向, 方位角為負值時加上 360!, 極點表示高度角 90!, 極徑大小表示 90!與高度角之差根據高度角和方位角的數據在圖中畫點來確定位置, 然后在點上利用信噪比的范圍分段分顏色來表示第三維數據? ? ? 信噪比的數值。得到的圖形表示在仰視天球衛星的位置時看到接收到的信號的信噪比值, 圖 2 為入射方位和 L 1 的信噪比關系圖與入射方位。
圖 1 極坐標圖
1) 信噪比數值大體上都是關于極軸對稱, 在對稱的入射方位的信噪比的數值是基本相同的;
2) 相同區段的信噪比數值大體上都呈現一個一個圓環的形狀, 并按從小到大的區段數值向外環繞。從相同的方位角上分析, 信噪比的數值都是隨著高度角的增大而增大, 而且數值的增大的速度比較均勻。信噪比的數值與方位角沒有明顯的聯系。
3) 所有關系圖都是信噪比數值小的區段比較窄, 而且在高度角為 0 的附近有一圈信噪比的空白, 主要是這里沒有觀測值, 接收機觀測的高度角調整到了 15!以上。另外, 在方位角為 0 的附近也有一大片呈圓形的信噪比空白, 原因是在方位角為 0 的附近衛星數量比較少的情況下造成的。
第 1 天、第 2 天和第 3 天的關系圖, 信噪比的分布基本一樣, 因此, 在相近的時間段內、在相近的大氣狀況和環境下, 信噪比的變化反映了上述的關系; 第 30 天、第 60 天、第 90 天和第 120 天的關系圖, 信噪比的分布也是基本一樣, 可以看出在一個季度里, 信噪比的變化也反映了上述的關系。因此, 在相同的方位角上, 信噪比的數值隨著高度角的增大
而增大, 入射信號由于大氣影響而產生的衰減不明顯。實驗中 L 2 的信噪比關系圖與 L 1 的信噪比顯示出類似的結果, 本文限于篇幅沒有給出 L2 的信噪比關系圖。
圖 2 入射方位和 L1 的信噪比關系圖
根據時間段關系, 把信噪比關系圖分成白天和黑夜進行比較, 圖 3 和圖 4 顯示了上午 8 時和晚上8 時L 1 和L 2 的入射方位與信噪比的關系圖, 從圖中可以看出相同位置的信噪比的差值基本都很小, 說明入射信號由于日光( 電離層) 影響而產生的衰減也不明顯。
觀察關系圖中有異常的情況。可以看到, 第2 天L 2-SN R 的關系圖中方位角為 330!左右的范圍為 70~ 95 的信噪比的數值分布有異常。初步檢查, 可能是 23 號衛星發射信號的問題。由此可以大量分析這些關系圖的異常情況來檢查天線的接收情 況, 從而獲得更好的接收效果。
在相同的方位角上, 信噪比的數值隨著高度角的增大而增大, 并且增大的方向比較均勻, 這從一個方面反映出入射方位和天線增益特性的一種聯系; 再根據信號的信噪比能反映信號質量這一事實: 當有多路徑效應發生時, 此時段上衛星觀測值的信噪比值會相應降低。從上述的關系圖中, 可以根據觀察關系圖的異常變化探討依據信噪比值的變化來削弱多路徑效應的方法, 而具體測定方式還有待研究改進。
則。首先建設局級投資項目遙感動態監測與管理系 統, 建立與? 共享與服務平臺% 和原有投資項目數據庫系統的接口、作業流程和相關范, 并取得試運行成果和經驗。然后在選定的示范省份建立省級投資 項目遙感動態檢測與管理系統, 取得經驗后向其他省份進行推廣。
5 結束語
本文主要針對國家統計局在投資項目動態監測 與管理方面的重大需求, 基于遙感技術, 并結合 GIS 和GPS天線技術, 研究和探索了對投資項目進行遙感動態監測與管理的技術方法, 并在此基礎上設計了投資項目遙感動態監測與管理信息系統的整體框架, 提出了系統建設的總體技術路線。
通過研究認為: 基于遙感技術構建的投資項目動態監測與管理系統是解決目前統計業務中空間地 理信息缺乏、數據更新遲緩、實地取證困難、數據難 保真等方面的問題, 特別是實現對省、國家級大范圍的重大投資項目的宏觀及時監測, 減少和避免國家投資的損失, 全面提升對投資項目的宏觀監測管理水平的一個切實可行、科學實用的技術方案。