Система позиционирования на основе спутника Beidou-GPS проникла в различные отрасли промышленности по всей стране: от автомобильной навигации по карте при выходе из дома до приложений в национальной военной сфере. Можно сказать, что спутниковая система позиционирования Beidou-GPS стала неотъемлемой частью современной жизни человека.
Из-за большого расстояния между спутниками и Землей навигационные спутники обычно находятся на расстоянии около 22 000 км от земной поверхности. После того, как сигнал, передаваемый со спутника, достигает земли после большого расстояния распространения, сигнал уже очень слабый.
Если рядом с терминалом спутникового позиционирования есть другие мощные сигналы, это вызовет серьезные помехи спутниковому сигналу Beidou-GPS, что приведет к уменьшению количества спутников, принимаемых терминалом спутникового позиционирования, низкой точности позиционирования и даже к сбою. расположить нормально.
Появление антиинтерференционных антенн призвано решить вышеуказанные проблемы и обеспечить нормальное позиционирование терминалов спутникового позиционирования даже при наличии помех вокруг них. Поскольку частота, мощность, количество и тип сигналов помех в реальности сильно различаются, некоторые из них представляют собой непреднамеренные помехи, а некоторые — преднамеренные. В различных сценариях помех требуется выбор разных антенн, защищающих от помех. В духе научной объективности невозможно иметь помехоустойчивую антенну, которая могла бы адаптироваться ко всем сценариям помех.
**Антенны с защитой от помех могут подавлять помехи только в определенных сценариях помех .
Сигналы (включая спутниковые сигналы и сигналы помех), полученные противопомеховой антенной, обрабатываются, сигналы помех удаляются, и обработанные сигналы выводятся на приемник спутникового позиционирования. Приемник спутникового позиционирования выводит информацию о местоположении после расчета. Конкретную схему состава можно увидеть на рисунке ниже.
Несколько параметров, на которые необходимо обратить внимание при выборе помехозащищенной антенны:
1. Частота помех
2. Количество помех
3. Тип помех
4. Способность защиты от помех
5. Защита от выгорания
6. Управление интерфейсом
В зависимости от соотношения между частотой сигнала помехи и частотой спутникового сигнала сигнал помех можно разделить на внеполосные помехи и внутриполосные помехи. Внеполосные помехи означают, что частота мешающего сигнала находится вне полосы частот спутникового сигнала, а полоса частот мешающего сигнала не совпадает с полосой частот спутникового сигнала. Внутриполосные помехи относятся к перекрытию полосы частот сигнала помех и полосы частот спутникового сигнала.
Поскольку внеполосные помехи мало влияют на спутниковые сигналы, противоинтерференционные антенны в основном нацелены на сигналы внутриполосных помех и принимают определенные меры для подавления или уменьшения влияния сигналов внутриполосных помех на позиционирование спутников.
В настоящее время существует четыре основные глобальные спутниковые системы навигации и позиционирования: китайская система навигации и позиционирования Beidou, американская система GPS, европейская система Galileo и российская система ГЛОНАСС . Спутники каждой системы позиционирования излучают сигналы на разных частотах. Частоты четырех спутниковых систем навигации и позиционирования можно увидеть в таблице ниже.
Помехозащитная антенна не может обеспечить защиту от помех для всех диапазонов частот спутникового сигнала. Поэтому при выборе помехозащищенной антенны первое, что необходимо определить, это выполнить противоинтерференционную обработку для сигнала помех, какой частоты. диапазон какой спутниковой навигационной системы. К наиболее распространенным антеннам с защитой от помех в Китае относятся:
Антипомеховая антенна для частотной точки Beidou B3 для военных пользователей может подавлять сигналы помех в полосе частот Beidou B3;
Для гражданских пользователей противоинтерференционная антенна для частоты GPS L1 и частоты Beidou B1 может подавлять сигналы помех в диапазонах частот GPS L1 и Beidou B1;
Количество мешающих сигналов Антиинтерференционные антенны могут подавлять только определенное количество сигналов помех, поэтому при выборе необходимо указать количество сигналов помех, которые необходимо подавить. Количество мешающих сигналов зависит от количества используемых антенных элементов. Если предположить, что количество антенных элементов равно N, можно подавить N-1 сигналов помех.
Как правило, в отрасли обычно используются два типа антенн: 4-элементные антенны и 7-элементные антенны. 4-элементная антенна может подавлять 3 помехи, а 7-элементная антенна может подавлять 6 помех.
Ниже приведена схема компоновки обычной 4-элементной противопомеховой антенны. В четырех углах квадрата расположены частотные антенны Beidou B3, а посередине установлены антенны GPS L1 и Beidou B1. Эта антенна может подавлять помехи в трех диапазонах частот Beidou B3, а также может нормально принимать спутниковые сигналы GPS L1 и Beidou B1. Антенна не подавляет помехи в диапазонах частот сигналов GPS L1 и Beidou B1.
К распространенным типам сигналов помех относятся: широкополосные помехи, узкополосные помехи, помехи с разверткой по частоте, импульсные помехи и т. д.
Узкополосные помехи. В соответствии с отраслевыми соглашениями, когда полоса пропускания сигнала помех составляет ≤ 10% полосы пропускания спутникового сигнала, сигнал помехи называется узкополосной помехой. Например, полоса пропускания сигнала частотной точки Beidou B3 составляет 20 МГц, а полоса пропускания узкополосного интерференционного сигнала составляет ≤2 МГц.
Широкополосные помехи: полоса пропускания сигнала помех эквивалентна полосе пропускания спутникового сигнала. Во время теста полоса пропускания сигнала помех равна полосе пропускания спутникового сигнала. Например, полоса пропускания сигнала частотной точки Beidou B3 составляет 20 МГц, а полоса пропускания широкополосного помехового сигнала — 20 МГц.
Защита от помех
Возможность защиты от помех означает, что когда мощность сигнала помех увеличивается до максимального значения и достигает определенного значения, оборудование спутникового позиционирования все еще может нормально позиционироваться. Мощность сигнала помех в это время представляет собой противоинтерференционную способность продукта спутникового позиционирования с защитой от помех.
Индикатор отношения помех к сигналу обычно используется в промышленности для измерения возможностей защиты от помех. Отношение помех к сигналу, как следует из названия, представляет собой отношение мощности сигнала помехи к мощности спутникового сигнала. Согласно официальным документам различных систем спутниковой навигации и позиционирования, гарантированная мощность спутниковых сигналов, достигающих земли, составляет ≥130 дБм. Поэтому в промышленности в качестве мощности спутниковых сигналов часто используется -130 дБм. Следовательно, коэффициент помехового сигнала представляет собой отношение мощности помехового сигнала относительно -130 дБм.
Например, помехоустойчивость антиинтерференционной антенны Beidou B3 выражается как: отношение помеха-сигнал не менее 100 дБ (уровень опорного сигнала -130 дБм);
Поскольку -130дБм+100=-30дБм, вышеуказанный индикатор означает: когда мощность сигнала помех не превышает -30дБм, продукт позиционирования Beidou B3 с защитой от помех может позиционироваться нормально.
Мощность против выгорания
Антиинтерференционная антенна работает в условиях помех. Если мощность помехового сигнала слишком велика, она может превысить диапазон выносливости антиинтерференционной антенны, что приведет к необратимому повреждению антиинтерференционной антенны. Интерференционная антенна должна обеспечивать индикатор противоожоговой мощности. Смысл этого показателя заключается в следующем: когда мощность помехового сигнала, достигающего поверхности противопомеховой антенны, превышает этот показатель, противопомеховая антенна может быть повреждена. Поэтому в практических приложениях следует следить за тем, чтобы мощность сигнала помех меньше этого показателя.
Внешний интерфейс данных помехозащищенной антенны используется для контроля антенны. Информация о состоянии, выдаваемая противопомеховой антенной наружу, включает в себя: количество помех и направление помех. Инструкции внешнего управления, отправляемые на противопомеховую антенну, включают в себя: контроль того, находится ли ток в режиме сквозного или антиинтерференционного режима; -интерференционный режим. Если вы выберете режим сквозной передачи, антенна напрямую подключается к внутреннему спутниковому приемнику без обработки алгоритмом защиты от помех.
Антенны с защитой от помех, как правило, не предъявляют жестких требований к протоколам и контенту внешнего интерфейса. Пользователи могут дополнительно общаться с производителем в соответствии со своими потребностями, а производитель дополняет протоколы ввода и вывода интерфейса.
Состав противопомеховой антенны В качестве примера для иллюстрации состава системы антенны взята противопомеховая антенна Beidou B3. Другие типы антенных изделий с защитой от помех имеют аналогичный состав.
Противопомеховая антенна состоит из антенной решетки, схемы малошумящего усиления, соответствующего приемного канала, схемы обработки сигнала, схемы повышающего преобразования и блока питания.
Антенная решетка принимает спутниковые сигналы Beidou B3, а количество антенных решеток может составлять 4, 7 или другие числа;
Группа приемных каналов выполняет малошумящее усиление, фильтрацию и преобразование с понижением частоты сигнала полосы частот Beidou B3, принимаемого антенной, преобразуя его в сигнал, подходящий для дискретизации AD;
Модуль обработки сигналов преобразует аналоговый сигнал промежуточной частоты в цифровой сигнал, выполняет обработку сигнала по нему в ПЛИС, выполняет функцию защиты от помех и превращает обработанный сигнал в аналоговый сигнал промежуточной частоты;
Модулятор модулирует аналоговый сигнал промежуточной частоты до исходной несущей частоты и через переключатель выбирает выходной канал с малошумящим усиленным сигналом полосы Beidou B3 (сквозной сигнал);
Модуль преобразования мощности преобразует входное напряжение постоянного тока в напряжение, подходящее для работы каждой микросхемы модуля.
Антенны с защитой от помех можно всесторонне рассмотреть с учетом многих аспектов, таких как частота помех, тип, количество, способность защиты от помех, мощность защиты от ожогов и управление интерфейсом. Кроме того, при выборе продуктов есть наиболее важный момент:
Приемлемое монтажное пространство и конструктивные размеры! ! !
Конструктивный размер антенны оказывает большое влияние на компоновку противопомеховой антенной решетки, а также ограничивает помехоустойчивость антенны.
Выбор помехозащищенных антенн требует рассмотрения множества факторов, поиска компромиссов и баланса между различными показателями производительности и, наконец, определения показателей помехозащищенной антенны для достижения оптимизации.