一种改进的天线倾角设计方法

摘 要本文提出了一种使用卫星信号模拟源进行天线倾角设计的方法，改进了以往天线倾角仅能依靠经验进行设计的现状。全文以具体项目为例，描述了天线倾角的完整设计过程，并对设计结果进行了仿真验证。

【关键词】信号模拟源 天线倾角 仿真

为了获得较大的天线增益，捕获更多的卫星，卫星信号接收天线普遍以阵面水平的方式固定在载体上。但当载体在运动过程中，俯仰角发生较大的变化时，为满足载体运行全程卫星定位可用，需要设计天线阵面相对载体水平面具有一定的倾斜角。在以往的方法中，天线倾角仅依靠设计人员的经验进行设计，没有太多可供参考的数据。

本文以某导航产品的天线倾角设计为例，提出了一种基于卫星信号模拟源的天线倾角设计方法。

1 卫星信号模拟源简介

随着全球各大卫星导航系统的成熟和完善，各式各样的导航产品也应运而生，对各类导航产品的性能和质量进行快速、准确的评估成了导航产品设计过程中的关键一环。

对导航产品的性能评估主要有两种方式，一种是接收空中的实际卫星信号，但这种方式受到钟差、电离层、卫星分布等多种不可控误差的影响，不具备可重复性，不利于导航产品的性能比对和持续改进，另一种方式是使用卫星信号模拟源，各类误差、信号强度等均由仿真产生，完全可控和可重复，在导航产品的测试中使用的比重越来越高。

除了用做导航产品的测试仪器外，卫星信号模拟源也可用来对导航产品的一些关键指标进行设计。

2 天线倾角的设计过程

2.1 载体俯仰角变化规律

当载体运动过程中俯仰角发生改变时，固定在载体上的天线阵面对天的角度也会发生改变，所以要设计天线阵面相对载体水平面的倾角，需首先明确载体运行全程俯仰角的变化规律。

2.2 信号源仿真条件设置

实际应用中，载体在运行过程中俯仰角在不断发生变化，载体天线相对于水平倾斜角也随之不断变化，如图1所示。载体俯仰角为θ1，天线与载体夹角为θ2，则天线相对于水平方向夹角为θ=θ1+θ2。

不考虑其他因素，在理想的情况下，天线与载体夹角为θ2时，统计在载体运动过程中天线的最少收星数量，对应不同的夹角θ2得到不同的采样点，最终给出测试曲线。根据统计结果选取合适的倾斜角度θ2，满足载体运行过程中天线收星最佳。

仿真条件如下：

（1）仿真应用区域：考虑到天线在整个亚太地区的使用情况，分别选择了以下5个地点进行仿真，经纬度分别是（73°E，19°N）、（86°E，41°N）、（98°E，39°N）、（112°E，28°E）和（124°E，26°N）；

（2）仿真应用时间：分别在本地时间2016年1月6日的整点时间1时、6时、11时、16时和21时；

（3）仿真天线相对载体倾斜角范围：天线与载体夹角0°到45°范围内，每5°统计一个采样。

2.3 仿真分析过程

在各区域，根据仿真条件进行各种状态下接收机收星数的仿真，当天线最少收星数不少于6颗时，统计仿真结果中天线的倾斜角度，得到的天线倾角最佳角度范围如表1所示。

对天线最佳倾斜角度进行统计，结果如图2所示，由图中可知，本项目中天线阵面相对于载体的最佳倾斜角度为25°。

2.4 仿真结果验证

将天线相对于载体的倾斜角度固定为25°，在各测试区域对天线倾角进行仿真验证，取当地全天本地时间0时至24时，根据载体的俯仰角变化进行天线收星数分析。

仿真结果显示，在各测试区域，当设计天线倾角为25°时，24小时内任何时段，天线在载体运行全程收星均不少于6颗，满足天线倾角设计要求。

3 结束语

随着卫星导航系统的不断发展，卫星信号模拟源在卫星导航领域发挥的作用也越来越大。文章中使用卫星信号模拟源进行天线倾角设计就是对模拟源应用的一次创新尝试。

⒖嘉南

[1]谢金石.北斗导航信号源发展现状分析[J].全球定位系统，2016（05）：52-55.

作者简介

赵晶（1980-），男，陕西省西安市人。在中国电科第二十研究所导航事业部任职。主要研究方向为卫星导航接收机总体技术。

作者单位

中国电子科技集团公司第二十研究所 陕西省西安市 710068