北斗与GNSS终端天线技术与应用电子书

内容简介

序言

前言

第一篇 基础篇

第1章 GNSS定位与通信基础

1.1 时间、空间和导航卫星信号

1.1.1 时间基准与同步

1.1.2 空间坐标系及其转换

1.1.3 GPS导航电文与卫星信号

1.1.4 BD-Ⅱ导航卫星信号

1.2 卫星定位的基本原理

1.2.1 三球交会定位原理

1.2.2 伪距测量方程

1.2.3 伪距测量方程求解

1.2.4 载波相位测量方程及其求解

1.2.5 消除系统误差的差分方法

1.3 直接序列扩频（DSSS）和码分多址（CDMA）通信

1.3.1 无线数字通信基础

1.3.2 GNSS扩频通信系统

1.3.3 直接序列扩频通信系统性能指标

1.4 BDS导航定位的RNSS/RDSS

1.4.1 BDS的双星快速定位报告系统

1.4.2 BDS-Ⅱ的RDSS/RNSS定位

1.4.3 BDS-Ⅲ全球导航卫星星座

1.5 导航星座的星间链路

1.5.1 建立导航卫星星间链路的必要性

1.5.2 GPS-UHF星间链路

1.5.3 Ka频段星间链路

第2章 GNSS终端接收机天线的主要性能参数

2.1 无线电波传输与卫星导航信号的接收

2.1.1 卫星导航信号的传输

2.1.2 天线辐射源场区

2.1.3 费里斯传输方程与GNSS终端接收信号

2.2 GNSS终端接收天线的基本性能参数

2.2.1 工作频率与带宽

2.2.2 辐射方向图、方向性系数和增益

2.2.3 地面接收天线的品质因数

2.2.4 天线的极化及极化效率

2.2.5 阻抗匹配

2.3 GNSS终端接收天线最小增益瓣宽和精度因子

2.3.1 天线最小增益瓣宽和最低截止角

2.3.2 观测卫星的几何精度因子

第3章 GNSS终端天线的相位特性和多径效应

3.1 GNSS终端接收天线相位中心特性

3.1.1 研究天线相位中心特性的必要性

3.1.2 天线相位中心的几个基本定义

3.2 天线相位中心的数学模型及求解

3.2.1 天线相位中心的数学模型

3.2.2 天线相位中心特性的解算模型

3.2.3 天线相位中心特性的求解

3.3 GNSS天线相位中心标校及其改正模型研究

3.3.1 相位中心的外场相对标校

3.3.2 基于自动机器人的绝对标校

3.4 GNSS接收机中的多径效应及其影响

3.4.1 多径效应

3.4.2 多径效应对GNSS定位精度的影响

3.5 GNSS终端接收天线的极化及其空间滤波

3.5.1 收发天线间的极化损失

3.5.2 抑制多径效应的天线空间极化滤波设计

3.5.3 GNSS接收天线的理想辐射模型及方向图综合

3.5.4 多径效应对天线相频特性的影响

3.6 半球波束天线地板与多径效应抑制

3.6.1 半球波束与地板

3.6.2 抑制多径效应的天线地板设计

第二篇 应用篇

第4章 螺旋天线

4.1 轴向模螺旋天线

4.1.1 端射螺旋天线辐射

4.1.2 轴向模螺旋天线的结构参数和辐射性能估计

4.1.3 端射轴向模螺旋天线与结构相关的问题

4.2 螺旋周期结构中的波模特性

4.2.1 传统螺旋线色散曲线

4.2.2 四臂螺旋天线的理想环形偶极子模型

4.2.3 螺旋周期结构拓展的波模特性曲线

4.2.4 四臂螺旋天线的工作模式设计（背射／端射）

4.2.5 小尺寸双模四臂螺旋天线

4.3 四臂螺旋天线的馈电

4.3.1 四臂螺旋天线的外接圆极化馈电网络

4.3.2 四臂螺旋天线的自移相馈电结构

4.4 四臂螺旋天线的多频、宽带、小型化设计

4.4.1 双频四臂螺旋天线

4.4.2 多频四臂螺旋天线

4.5 平面螺旋缝隙天线

4.5.1 缝隙辐射与低剖面天线

4.5.2 多臂平面螺旋缝隙天线构成

4.5.3 多臂平面螺旋缝隙天线设计

4.5.4 多臂平面螺旋缝隙天线辐射特性的计算机仿真

4.5.5 多臂平面螺旋缝隙天线的改进设计

第5章 微带天线

5.1 微带天线辐射基本原理

5.2 圆极化微带天线的实现

5.2.1 单馈点圆极化微带天线

5.2.2 多馈点圆极化微带天线

5.3 多频宽带圆极化微带天线

5.3.1 多层层叠结构

5.3.2 双／多调谐回路

5.3.3 馈电方式的改进

5.4 小型圆极化微带天线

5.4.1 高介电常数板材

5.4.2 开槽技术

5.4.3 分形技术

5.5 典型微带天线应用实例

5.5.1 测量型微带天线

5.5.2 空气介质宽带微带天线

5.5.3 通导合一的多频组合天线

5.6 微带3D扼流圈高精度测量型天线

5.6.1 扼流圈设计原理

5.6.2 微带3D扼流圈天线的计算机仿真分析

5.6.3 微带3D扼流圈天线测试

5.6.4 华信3D扼流圈天线应用场景

第6章 振子天线

6.1 基本振子天线

6.1.1 线性对称振子天线

6.1.2 单极天线

6.1.3 加载振子天线

6.2 宽带振子天线

6.2.1 双锥和单锥天线

6.2.2 锥盘天线

6.2.3 套筒天线

6.2.4 带地板的水平扇面振子天线

6.3 振子天线的馈电

6.3.1 平衡-不平衡变换器

6.3.2 λ/4开槽式平衡变换器

6.4 传输线与天线阻抗匹配

6.4.1 Smith圆图

6.4.2 阻抗匹配

6.4.3 并联电抗元件的阻抗匹配

6.4.4 渐变线阻抗变换器

6.4.5 传输线阻抗变换器

6.5 新型BDS/GNSS终端振子天线

6.5.1 新需求及技术关注点

6.5.2 轻小型十字扇面振子天线设计

6.5.3 新天线的计算机仿真分析

6.5.4 试验样机测试

第7章 高精度GNSS终端测量型天线

7.1 GNSS定位测量观测量误差概述

7.1.1 卫星钟差与卫星天线相心偏差

7.1.2 电离层、对流层的传播误差

7.1.3 多径效应误差

7.1.4 与终端接收机设备相关的误差

7.1.5 周跳和整周模糊度问题

7.1.6 系统相关误差的差分处理技术

7.2 GNSS终端测量型天线的技术演进

7.2.1 终端接收天线系统引起的测量误差

7.2.2 GNSS终端固定半球波束天线的发展历程

7.2.3 微带+2D/3D扼流圈天线面临的问题

7.3 现代天线设计的最优化综合方法

7.3.1 设计目标及目标函数的确定

7.3.2 约束条件

7.3.3 技术途径

7.3.4 数值建模与优化

7.3.5 现代天线研制过程

7.4 一种新型的高精度测量型GNSS终端组合天线

7.4.1 天线架构一：振子主辐射单元组件

7.4.2 天线架构二：提高前后比增加抗多径效应的阻性衰减地板

7.4.3 天线架构三：进一步提高方向图前后比的半开口圆环腔

7.4.4 以计算机数据控制为主线的天线加工、组装与检测

7.5 新型振子组合天线的设计验证

7.5.1 天线样件的计算机仿真数据验证

7.5.2 天线样件辐射性能测试

7.5.3 计算机数值仿真与实测结果比较

7.5.4 新天线与NovAtel-750X-3D天线和Leica-AR20-3D天线性能比对

7.6 新天线接收机系统直接接收导航信号的比测鉴定

7.6.1 新天线与华信-3D扼流圈天线（HX-CGX601A天线）比测

7.6.2 新天线与Trimble-3D扼流圈天线比测

7.6.3 新天线与NovAtel-750X-3D天线直接接收数据比测

7.6.4 新天线与Trimble-Zephyr Geodetic 2 天线比测

7.7 从TEQC数据解读新天线的技术优势

7.7.1 新天线具有更高的S/N，更低的波束截止角

7.7.2 新天线有更宽的频带，更适应多星并存共享

7.7.3 新天线独有的空间极化滤波功能

7.7.4 新天线是可实现相心空间归一的高稳相天线

第8章 手持／车载GNSS终端天线

8.1 手持／移动终端设备采用的无线导航定位技术

8.1.1 卫星定位

8.1.2 蜂窝基站定位

8.1.3 A-GPS定位

8.1.4 WiFi辅助定位

8.2 车载移动终端的GNSS天线

8.2.1 车载天线的基本考虑

8.2.2 车载智能导航定位系统功能及关键技术

8.3 手持终端GNSS天线的技术关注点

8.3.1 测绘型GNSS手持终端天线的技术关注点

8.3.2 个人消费类GNSS手持终端天线的技术关注点

8.3.3 GNSS手持终端天线设计应用举例

8.4 典型车载GPS导航定位天线

8.4.1 GPS-L1单频微带贴片天线

8.4.2 GPS-L1/L2 双频微带贴片天线

8.4.3 三频GPS天线

8.4.4 PCS/GPS/RKES组合天线

8.4.5 GPS与蜂窝电话的集成天线

8.4.6 GPS与DCS公用微带天线

8.4.7 GPS与SDARS组合天线

8.5 现代GNSS移动终端天线的要求及其挑战

8.5.1 尺寸、外观、成本、质量和功能

8.5.2 机壳对手机中天线的影响

8.5.3 手机中GNSS天线辐射方向图要求

8.5.4 手机中移动通信天线与GNSS天线EMI隔离技术

8.6 多径环境中GNSS终端天线性能的统计模型及其测试

8.6.1 手持移动终端GNSS天线特性的统计模型

8.6.2 GNSS移动终端接收天线性能参数测试

8.6.3 GNSS终端接收天线与智能手机性能优化考虑

第9章 多频宽带及超宽带天线

9.1 多频宽带及超宽带需求分析

9.2 移动终端平面多频宽带天线

9.2.1 手持终端平面天线多频及小型化设计的主要途径

9.2.2 地板开槽的共面倒F形天线

9.3 无线定位技术的基本模型算法

9.3.1 三边测量法定位模型

9.3.2 双曲线定位法定位模型

9.3.3 最小二乘法定位模型

9.3.4 角度定位模型

9.3.5 混合定位模型

9.4 超宽带定位技术

9.4.1 超宽带技术

9.4.2 UWB带宽定义

9.4.3 超宽带室内定位技术

9.4.4 UWB天线的基本要求及主要性能

9.4.5 UWB天线设计举例

9.5 UWB天线的时频特性及其测量

9.5.1 UWB天线的传递函数

9.5.2 UWB天线传递函数和群延迟测量

第10章 GNSS终端接收天线测量

10.1 概述

10.1.1 测试方法和测试场地描述

10.1.2 近场测量

10.1.3 天线辐射性能确定

10.2 GNSS接收天线PCO/PCV的测量与标校

10.3 有源天线性能及其测量

10.3.1 有源天线LNA的作用

10.3.2 GNSS终端接收LNA的主要性能参数

10.3.3 LNA性能测试

10.3.4 有源天线噪声温度、噪声系数和G/T值测试

10.4 GNSS天线群延迟变化及其测量

10.4.1 GNSS接收天线的相频特性及群延迟定义

10.4.2 GNSS接收天线的群延迟测定

10.4.3 利用紧缩场的天线微分群延迟变化的室内测量方法

10.5 有源天线直接接收数据质量检验

10.5.1 直接测量布局

10.5.2 测试结果分析

10.6 有源天线系统OTA测试

10.6.1 概述

10.6.2 有源天线系统OTA测试目的

10.6.3 OTA测试及其参数

10.6.4 OTA测试指标间的制约与折中处理

第三篇 抗干扰篇

第11章 阵列天线及其自适应工作原理

11.1 阵列天线概述

11.1.1 阵列天线空间方向图

11.1.2 方向图相乘原理

11.1.3 均匀直线阵空间方向图

11.1.4 均匀平面阵列天线方向图

11.1.5 共形阵天线的空间方向图

11.2 相控阵天线

11.2.1 相控阵天线的基本组成

11.2.2 相控阵天线的波束扫描

11.2.3 相控阵天线多波束的形成

11.2.4 相控阵天线的基本术语和定义

11.3 自适应阵列天线基础

11.3.1 自适应阵列天线概述

11.3.2 自适应最佳天线度量准则

第12章 GNSS终端自适应空域零对消抗干扰天线技术

12.1 GNSS信号接收

12.1.1 GNSS终端信号接收的脆弱性和易受干扰性

12.1.2 接收机系统的干扰与抗干扰技术

12.2 自适应空域调零天线系统

12.2.1 常用天线阵形

12.2.2 自适应空域滤波阵列天线的基本组成

12.2.3 干扰调零天线性能

12.3 GNSS接收机中的嵌入式抗干扰天线模块

12.3.1 嵌入式抗干扰天线模块概述

12.3.2 天线抗干扰处理的方式

12.3.3 一种4阵元天线的抗干扰模块射频电路设计实例

12.3.4 GNSS抗干扰零对消性能评估和测量技术

12.4 阵元互耦合影响及其校正技术

12.4.1 阵列天线的阻抗矩阵

12.4.2 阵元间互耦合的影响分析

12.4.3 阵元互耦合影响的消除

12.5 极化滤波抗干扰接收天线

12.5.1 概述

12.5.2 GNSS接收中的极化滤波自适应抗干扰技术

第13章 GNSS终端接收天线空时自适应抗干扰技术

13.1 概述

13.1.1 几个基本概念

13.1.2 空时自适应抗干扰对GNSS终端接收机系统的重要性

13.1.3 空域自适应零对消技术的局限性

13.2 GNSS接收系统空时自适应阵列天线

13.2.1 空时自适应抗干扰阵列天线技术的演进

13.2.2 数字滤波器

13.2.3 空时自适应抗干扰天线的输入和输出

13.2.4 空时自适应权值的计算

13.3 空时自适应阵列抗干扰天线性能评估

13.3.1 阵列增益

13.3.2 复杂环境下阵列天线的等效阵列增益

13.3.3 利用统计特性表征阵列天线的抗干扰能力

13.3.4 GNSS自适应阵列抗干扰引入误差分析

13.4 空时自适应抗干扰设计

13.4.1 均匀线阵时域滤波的表达式

13.4.2 协方差矩阵的估计

13.4.3 空时自适应阵列天线的抗干扰特性

13.4.4 GNSS接收机天线抗干扰模块

13.4.5 通道不一致性校正方法

第14章 GNSS终端数字多波束接收天线

14.1 数字多波束形成原理

14.1.1 数字波束形成与模拟波束形成比较

14.1.2 数字多波束形成模型

14.1.3 数字多波束形成的运算流程

14.1.4 数字配相多波束形成

14.2 基于FFT和FPGA的数字多波束形成方法

14.2.1 数字多波束形成中的FFT流程

14.2.2 数字波束形成GNSS接收机系统

14.2.3 基于FPGA的数字多波束实现

14.2.4 数字波束天线的网络结构

14.3 数字多波束天线设计实例

14.3.1 阵列天线数字多波束形成的基本关系

14.3.2 N阵元圆形阵的M个聚焦波束

14.3.3 波束形成与空时零陷选择策略

14.3.4 数字波束形成中的幅相误差补偿

14.3.5 最佳波束形成器

14.4 结语

参考文献