地基GNSS-R功率测量应用中的天线方向性影响分析

全球导航卫星系统反射信号遥感技术（global navigation satellite system reflectometry,GNSS-R）地基功率测量应用中,信号接收天线对于背向同极化和各向交叉极化信号的抑制并不理想.为了分析天线方向性对于目标信号相关功率测量的影响,以右旋圆极化（right hand circular polarized,RHCP）直射信号接收天线和左旋圆极化（left hand circular polarized,LHCP）反射信号接收天线为例,建立了实际天线接收信号的相关功率模型,确定了实际信号相关功率的概率分布以及数字特征,在仿真信号相关功率的数字特征的基础上计算了相关功率的相对偏差和离散系数并进行了分析.结果表明:天线方向性的不理想会造成目标信号相关功率测量误差,RHCP天线方向性仅在低卫星高度角范围内对直射目标信号相关功率测量有较大影响,而LHCP天线方向性在整个卫星高度角变化范围内都对反射目标信号相关功率测量有显著影响.      

利用GPS信号信噪比反演土壤湿度变化

采用右旋圆极化(RHCP)天线和左旋圆极化(LHCP)天线分别接收GPS直接信号与反射信号，跟踪反射点并探测土壤粗糙度，并用小波分析方法对土壤干燥区域与湿润区域反射信号的信噪比进行去噪分析，验证GPS信号对土壤湿度变化敏感的特性。试验结果表明，利用GPS反射信号可精确跟踪地面反射点，并且GPS反射信号信噪比的大小可以反映土壤湿度变化。     

多模GNSS天线技术研究与设计

全球卫星导航系统（GNSS）因其覆盖范围广、通信容量大、传输质量好等优点,在航空、航海、测绘、授时及信息服务等领域发挥了至关重要的作用.天线作为卫星导航系统的必不可缺的一部分,其性能的好坏将对整个导航定位系统产生重大影响.本文采用层叠贴片并结合调谐枝节技术,设计了多模GNSS圆极化天线.通过在上层方形贴片上插入长度不同的枝节,实现了GNSS高频段的圆极化,并且在下层方形贴片插入枝节来满足GNSS低频点的右旋圆极化工作模式.理论分析和仿真结果证明所提出的多模圆极化天线可满足卫星导航终端用户机的多系统定位需求.     

GNSS基线成果可靠性分析与研究

GNSS测量是用接收机与天线组成的测量系统,接收GNSS卫星信号实现空间定位的高新测量技术,它为定位测量提供了一种崭新的手段。一般而言,GNSS具有全天后作业,观测简便,布网自由(无须站间通视),观测与数据处理自动化程度高,同时提供三维坐标,定位精度高等共性特点。该文从实际出发,根据我院多年来使用GNSS测量技术的经验,探讨GNSS测量技术在施工测量控制网中的应用。     

基于边长约束网平差的微型GNSS阵列高精度定位方法

针对目前全球导航卫星系统(GNSS)动态观测中存在短时间内难以得到较为精确坐标的现象,提出由相距极短的GNSS天线\接收机组成且空间分布已知的微型GNSS阵列定位的方法。载波相位双差观测可以消除载波信号中的接收机钟差和卫星钟钟差,对流层延迟误差、电离层延迟误差、卫星星历误差经过双差观测后也可以忽略不计,从而得到高精度的动态基线向量。本研究以经过载波相位双差观测后得到的高精度动态基线向量为观测量,并通过激光跟踪仪进行距离测量确定阵列天线之间的边长,以边长为约束,对微型GNSS阵列进行边长约束网平差,进而得到阵列中天线的精确坐标。结果显示:对微型GNSS阵列中所有独立基线的边长进行约束是所有约束网平差中精度最高的方案,微型GNSS阵列中的天线经过平差解算后比不添加约束的网平差的精度提高了20%以上。     

导航终端双频圆极化天线的设计

设计了一款应用于北斗导航卫星系统(CNSS)和全球导航卫星系统(GNSS)的双频圆极化微带天线,该天线覆盖了1 258～1 278MHz和1 575～1 609MHz频段.天线采用了3dB电桥作为馈电网络,展宽了阻抗带宽的同时也实现了天线的右旋圆极化并提高了圆极化性能;另外为了抵消探针引起的感抗,在探针的顶层串联了电容能更好的实现阻抗匹配,有效地降低了天线的驻波比.通过HFSS软件建模仿真,结果表明,在带宽范围内天线的驻波比1.5;法线方向的圆极化轴比均1.3dB;高频段增益5.45dB,低频段增益5.7dB,辐射特性较好.     

转发器式卫星轨道测定新方法

基于卫星双向时间传递技术,提出了一种全新的卫星轨道测定方法——“转发器式卫星轨道测定方法”．该方法不但能高精度地测定卫星的轨道,而且能给出高精度的时间比对结果,其优点是观测精度高．发射信号和接收信号的不同组合,形成不同模式的卫星测轨观测方法：测站接收卫星转发自己站发射的信号,这种模式称作自发自收模式;所有测站接收卫星转发的某一个站发射的信号,这种模式称作一发多收模式;所有测站接收经卫星转发的所有站发射的信号,称作多发多收模式．给出了各种模式卫星定轨的严格归算公式及自发自收模式和一发多收模式的实际观测结果．结果表明自发自收模式和一发多收模式有很高的观测精度：测距精度优于1cm,一天观测弧段的定轨观测残差优于9cm．     

水平极化移动接收天线的研究与设计

在移动通信领域,移动接收采用垂直极化方式,因此移动接收天线可以采用垂直极化方式的偶板子天线.由于垂直极化天线在水平方向的方向图是全向的,因此可以在相对于发射天线的任何方向上都不改变接收天线的方向性.随着数字电视时代的到来,电视的移动接收成为数字电视的一项重要特征.但是在以往的模拟电视广播中,电视广播信号通常是水平极化的,因此在数字电视的移动接收时,或者需要改变信号发射的极化方式,或者设计一种新的可以用于移动接收目的的接收天线.本文给出一种可以用于接收水平极化信号的移动接收天线的设计方案和理论分析.通过理论分析表明,此种天线可以在移动过程自适应地完成接收水平极化信号的要求.     

发射天线固定的点频毫米波全息成像雷达系统

基于Fresnel衍射理论分别对固定发射天线的点频毫米波全息成像雷达系统和PNNL设计的移动收发天线的点频毫米波全息成像系统建立了数学模型,确定了目标反演成像质量与发射天线增益方向图、传输空间距离、散射目标形状和接收天线增益方向图之间的关系.同时基于Fourier光学角谱理论和快速傅里叶变换算法,采用Matlab程序编...     

一种低成本全球导航卫星系统终端天线

为降低天线成本,提高天线性能,采用廉价FR4介质基板和印刷电路板技术,提出一种适用于全球导航卫星系统((NSS)终端的低成本天线.该天线由单一同轴探针馈电,不需要匹配电路,天线结构简单.通过调整嵌入在辐射贴片中圆形槽的尺寸和位置,实现了良好的右旋圆极化接收.对该天线的测试结果表明,天线在1559～1592MHz频带内电压驻波比小于2,轴比小于6dB,增益高于2.8dBi,3dB波束宽带大于90°,可满足GNSS终端系统的技术指标要求.     

北斗GEO卫星微动条件下的GNSS-R土壤湿度反演

全球定位系统GPS发射的L波段导航信号源已被用于估测地球表面的土壤湿度,但由于卫星具有一定的重返周期,所以对固定区域土壤湿度反演的性能受到不断变化的星下点轨迹的限制。北斗GEO（geostationary earth orbit）卫星是地球静止轨道卫星,同时又存在着周期性的微动,利用它的反射信号来反演土壤湿度受到其微动特性的影响。针对这个问题,本文研究了利用GEO卫星反射信号功率进行固定区域内土壤湿度反演的可行性。本文首先分析了GEO卫星的微动特征和反射区域的变化;然后采用包络提取和三次多项式插值的方法来恢复SNR的趋势变化规律,以消除因为GEO卫星轻微运动带来的周期性波动和噪声,并且根据现场收集的部分实验数据确定的校准参数值对反射系数进行校正;最后,我们使用测试数据进行土壤湿度反演,得到每半小时固定区域的连续土壤湿度反演值。结果表明,土壤湿度反演值与原位土壤湿度值的变化趋势基本一致,反演的平均绝对误差小于4.63％。可见,BDS GEO卫星信号可以作为GNSS反射计的重要数据来源。     

钻孔地质雷达天线收发信号数值模拟

为了解决钻孔地质雷达数值模拟中天线长度的影响,通过理论推导和数值计算研究天线中电流于电压的相互转换。对于发射的信号,首先根据激发的电压与的卷积得到天线中电流的分布,从而得到计算区域的电场;对于接收信号接收天线处的电场与卷积得到该无限小的天线电流强度,然后根据天线长度对其进行积分得到天线总电流的大小,与接收天线的负载电阻相乘即可得到该时刻接收到的电压大小。结果表明:接收信号波形与发射信号波形基本相同。证明了在考虑天线长度的前提下,根据文中算法得到的收发信号表达式是准确的。     

水平极化移动接收天线的研究与设计

在移动通信领域，移动接收采用垂直极化方式，因此移动接收天线可以采用垂直极化方式的偶极子天线。由于垂直极化天线在水平方向的方向图是全向的，因此可以在相对于发射天线的任何方向上都不改变接收天线的方向性。随着数字电视时代的到来，电视的移动接收成为数字电视的一项重要特征。但是在以往的模拟电视广播中，电视广播信号通常是水平极化的，因此在数字电视的移动接收时，或需要改变信号发射的极化方式，或设计一种新的可以用于移动接收目的的接收天线。本给出一种可以用于接收水平极化信号的移动接收天线的设计方案和理论分析。通过理论分析表明，此种天线可以在移动过程自适应地完成接收水平极化信号的要求。     

巨烈磁暴对全球GNSS观测信号的影响

介绍了一种GNSS L₁和L₂信号及测距码失锁率统计计算方法,并考察了不同卫星高度角对失锁率计算结果的影响.利用全球GNSS观测数据,分析了第23太阳活动周发生的两次巨烈磁暴期间GNSS观测信号的质量.结果表明:巨烈磁暴发生期间GNSS L₁和L₂信号及P₁和P₂码失锁率较平静日均显著增加,信号失锁主要发生在磁暴主相及恢复相前期.L₂失锁率明显高于L₁且失锁持续时间更长,表明L₂比L₁更易受到磁暴影响.GNSS 信号失锁率与磁暴指数SYM-H的高相关性表明信号失锁率的异常增加由巨烈磁暴所驱动.研究成果可为我国北斗卫星导航系统全球信号质量评估提供方法支持.     

MISO超宽带系统的性能分析

为降低接收机的复杂度,减少多径衰落的影响,建立了MISO(Multiple-Input Single-Output)超宽带系统模型.该系统模型采用多天线发射,以最大比合并方式分配发射功率,并对每个天线发射的信号进行预处理,在接收端采用单一天线接收的MISO-UWB(Multiple-Input Single-Outputt-Ultra Wideband),给出了该系统性能分析.该接收方法不仅利用了Pre-Rake分集技术,而且利用了天线分集,在保持接收机复杂度较低的同时,有效地提高了接收机性能。仿真结果表明,该方法与传统的Rake接收机及采用单一发射天线的Pre-Rake系统相比,接收性能有明显改善。
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基于电阻加载技术的超宽带天线系统设计与实验

针对安装在探测车尾部的超宽带天线的需求,研制了一种基于电阻加载技术的超宽带天线系统.该天线系统由两个完全相同的电阻加载单极子天线组成,其中一个天线用于发射信号,另一个用于接收信号.采用时域有限差分方法对整个收发天线系统的电性能进行了仿真模拟,并制作了一套收发天线样机,安装在探测车上,在电波暗室中进行了测试.分析研究了介质的电特性参数对雷达系统探测能力的影响,并对冰川进行了探测试验.测试与仿真模拟结果表明:该天线具有较低的电压驻波比和良好的辐射特性以及较小的拖尾,可以满足超宽带雷达的实际工程应用要求.     

简述卫星电视接收的使用方法

随着电视事业的飞速发展，越来越多的电视节目通过卫星传向千家万户，数字电视技术以其高信号质量、高可靠性和占用转发器资源少等优点在卫星电视传送领域得到广泛的应用。卫星电视接收天线是有线电视前端的重要组成部分，主要用于接收电视节目信号，其原理是利用电波的反射原理，然后通过馈线将信号传输到卫星接收机并解码出电视节目信号.简述卫星电视接收的使用方法$黑龙江省鸡西矿业集团有线电视台@李洪民     

利用GNSS信号地表穿透特性反演土壤湿度的思考

利用全球导航卫星系统干涉信号（GNSS-interferometric reflectometry, GNSS-IR）进行土壤地表湿度反演具有无需信号源、探测区域宽广等特点，受到了国内外研究机构的广泛关注. 为解决传统GNSS穿透模型结构复杂的问题，根据几何构型给出了GNSS-IR计算天线相位中心与地表实际反射面垂直距离的方法，通过仿真不同土壤湿度下的高度测量偏差，建立了与GNSS信号理论穿透土壤深度的线性关系，以及与土壤湿度的反比例关系. 考虑到卫星高度角的变化对高度反演的影响，采用修正的测高模型，并利用Lomb-Scargle谱分析的方法计算了高度测量偏差. 为减少地表植被对反演天线相位中心距离地表实际反射面垂直距离的影响，利用归一化植被指数对高度测量偏差进行了修正，同时建立了GNSS信号高度测量偏差与土壤湿度的一阶反比例模型，最后对该模型进行了验证. 结果表明，对于长时间大尺度变化土壤湿度的场景，利用GNSS信号地表穿透特性进行土壤湿度反演有着很好的效果.      

BP神经网络辅助的GNSS反射信号NDVI反演

归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)是一种能反映地表植被生长情况和覆盖度的重要指标,针对如何确定研究区域归一化植被指数变化趋势的问题,提出一种BP神经网络辅助的GNSS卫星反射信号NDVI反演方法。从PBO观测网P037和P39站点信噪比观测数据提取的振幅参数作为输入值,归一化植被指数作为输出值,构建BP神经网络辅助的GNSS卫星反射信号植被指数反演模型,并与线性回归模型进行对比,实验结果显示:P037和P039站点振幅线性回归的相关系数为0. 700 3和0. 775 6,均方根误差为0. 062 2和0. 076 0,BP模型的相关系数为0. 802 3和0. 839 4,均方根误差为0. 033 6和0. 045 9,表明BP神经网络辅助的GNSS卫星反射信号反演模型获取的归一化植被指数优于线性回归模型,为获取准实时、低成本和高时间分辨率的NDVI提供了新的思路,证明了该方法的可行性。     

基于无监督学习的卫星NLOS信号检测方法

针对复杂环境下NLOS信号接收造成的GNSS定位精度恶化问题,提出了一种基于无监督学习的卫星NLOS信号检测方法.综合考虑了信号载噪比、伪距残差和卫星高度角对于GNSS接收信号的影响,采用k-means++聚类算法将观测数据划分为LOS、多径和NLOS三类,并对NLOS信号进行分离.使用GPS/BDS双系统伪距单点定位对信号分类效果进行了验证.结果表明,采用该方法剔除NLOS信号后定位精度得到了显著的提升.静态实验中,对1 h的数据样本进行聚类,事后定位精度提高了约30%,实时定位精度提高约12%.动态实验中,城市峡谷路段东、北、天3个方向的定位精度分别提高了27.98%、8.06%和3.66%.相较于有监督学习的分类方法,该方法简单有效、易于实现,且无需使用先验信息,能显著降低运算负荷和GNSS设备成本.与传统的阈值法以及RAIM算法相比较,该方法在改善定位的精度方面具有一定的优势.