Антенны высокоточного позиционирования по сигналам Глобальных Навигационных Спутниковых Систем
Язык обучения
Русский
Кредиты
3.00
Трудоемкость
108 академических часа
Рассматриваются основы позиционирования по сигналам Глобальных Навигационных Спутниковых Систем (ГНСС) с точностью порядка 1см в реальном времени. Дается общая характеристика применяемых антенн. Последовательно рассматриваются: основы теории пластинчатых (patch) антенн, в том числе с подложкой из искусственных диэлектриков; объемных широкополосных многопластинчатых структур; импедансных и полупрозрачных экранов, включая оболочки, формирующие ДН с отсечкой поля при переходе в геометрическую зону тени; компактные антенны, формирующие ДН кардиоидного типа; опытные образцы, обеспечивающие точность позиционирования 1мм. Затрагиваются и иллюстрируются основные методы инженерной электродинамики: разложения по полным системам волн, резонаторные представления, точные решения и асимптотические оценки в дифракционных задачах, численные оценки на основе усредненных граничных условий. Материалы основаны на опыте автора в качестве руководителя проектирования антенн корпорации Топкон (Япония), сопровождаются примерами реализованных конструкций, в том числе выпускаемых серийно.
Содержание курса

1.    Системы спутников и методы позиционирования. Системы спутников, излучаемые сигналы, основные режимы позиционирования, области применения: геодезия, роботизация техники гражданских назначений; пассивное измерение дальности с помощью ортогональных кодов; одночастотный кодовый приемник, ионосфера; Р-код систем GPS и ГЛОНАСС, двухчастотный кодовый приемник; дифференциальное позиционирование по коду (DGPS); дифференциальное позиционирование по фазам несущих с точностью 1см (RTK); прецизионнное позиционирование в точке (PPP); образцы аппаратуры.
2.    Общая характеристика антенн позиционирования. ДН и КНД; поляризация; КПД, шумовая температура, отношение сигнал-шум на входе приемника; фазовая ДН, фазовый центр, геодезическая калибровка антенн.
3.    Дифракционные явления при позиционировании. Многолучевость. Зоны Френеля, характерные явления дифракции; затенение и ложный захват сигнала; фазовая ошибка многолучевости; отражение от плоской поверхности; отношение «низ-верх» (DU) приемной антенны; ошибка позиционирования за счет нижней многолучевости. 
4.    Пластинчатые (patch) антенны. Микрополосковый резонатор; проводимость излучения торцевых щелей; амплитуда низшего типа колебаний; входное сопротивление антенны линейной поляризации, добротность, ширина полосы частот; особенности согласования антенны с фидером; эквивалентная схема в виде отрезка линии передачи; ДН, влияние размеров экрана; несимметрия ДН, кросс-поляризация; антенны круговой поляризации; примеры конструктивного исполнения.
5.    Полные системы волн. Скаляризация уравнений Максвелла; плоские волны в свободном пространстве (непрерывный спектр); волны в периодических структурах (гармоники Флоке); цилиндрические волны; сферические волны.
6.    Пластинчатые антенны с подложкой из искусственного диэлектрика. Замедление в низкопрофильной импедансной структуре; добротность пластинчатой антенны с эквивалентным замедлением с помощью концевой емкости; замедляющая среда в виде емкостной рамки; примеры конструктивного исполнения.
7.    Широкополосные антенны. Особенности резонанса в периодической решетке пластинок над экраном; широкополосная выпуклая структура, другие виды широкополосных антенн.
8.    Плоские проводящие экраны. Е-плоскость антенны; Н-плоскость; круглый экран; образцы конструктивного воплощения.
9.    Методы асимптотических оценок. Асимптотические разложения; метод перевала; простая точка перевала; простой полюс вблизи точки перевала; оценки в отсутствие особых точек; метод стационарной фазы. 
10.     Импедансные экраны. Импедансные поверхности; возбуждение неограниченного плоского импедансного экрана сосредоточенным источником; ДН ненаправленного источника на неограниченном экране; экран конечных размеров; выпуклый импедансный экран; импедансная поверхность, формируемая системой штырей; примеры конструктивного воплощения.
11.     Полупрозрачные экраны и оболочки. Граничные условия тонкого полупрозрачного слоя; возбуждение неограниченного плоского полупрозрачного слоя нитью магнитного тока; численный анализ конечного экрана с неравномерным профилем импеданса слоя; легкие антенны базовых станций; вертикальные экраны, сужение зоны полутени; вогнутые экраны (оболочки); примеры устройств.
12.     Компактые антенны с кардиоидной ДН. Анти-антенна; резонансные спирали; электро-магнитная антенна.
13.    Антенны, обеспечивающие среднеквадратичную ошибку позиции 1мм. Антенна с большим импедансным экраном; формирование ДН с отсечкой плоскопаралельным волноводом с полупрозрачными стенками; спиральные антенны вытекающей и обратной волны с неравноменым профилем импеданса.
14.    Испытательные полигоны. Полупрозрачные поверхности как модели сильно многолучевой среды.
 

Описание курса
Syllabus647.89 КБ