350 руб
Журнал «Антенны» №10 за 2016 г.
Статья в номере:
Антенные технологии высокоточного спутникового позиционирования
Ключевые слова: глобальные навигационные спутниковые системы антенны ГНСС ошибка многолучевости позиционирование в режиме реального времени
Авторы:
Д. В. Татарников - д.т.н., профессор, кафедра «Радиофизика, антенны и микроволновая техника», Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет); зам. руководителя департамента перспективных разработок, ООО «Топкон Позишионинг Системc» (Москва). E-mail: DTatarnikov@topcon.com A. В. Астахов - к.т.н., вед. инженер, ООО «Топкон Позишионинг Системc» (Москва); доцент, кафедра «Радиофизика, антенны и микроволновая техника», Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) А. П. Степаненко - вед. инженер, ООО «Топкон Позишионинг Системc» (Москва) П. П. Шаматульский - инженер, ООО «Топкон Позишионинг Системc» (Москва) С. Н. Емельянов - менеджер антенных проектов, ООО «Топкон Позишионинг Системc» (Москва)
Аннотация:
Рассмотрено современное состояние техники антенн для высокоточного позиционирования по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Выделены основные типы антенн базовых станций, подвижных объектов и средств автоматизации строительной и сельскохозяйственной техники. Рассмотрены элементы антенн и экранов. Приведены образцы антенн для миллиметровой точности позиционирования в режиме реального времени.
Страницы: 77-92
Список источников

 

  1. Серапинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования. М.: ИКФ «Каталог». 2002.
  2. Understanding GPS. Principles and Applications / Ed. E.D. Kaplan. 2nd ed. Artech House. 2006.
  3. Leick A., Rapoport L., Tatarnikov D. GPS Satellite Surveying. 4th ed. Wiley. 2015.
  4. Борискин А.Д., Вейцель А.В., Вейцель В.А., Жодзишский М.И., Милютин Д.С. Аппаратура высокоточного позиционирования по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем: Приемники-потребители навигационной информации / Под ред. М.И. Жодзишского. М.: МАИ-Принт. 2010.
  5. Вейцель А.В., Вейцель В.А., Татарников Д.В. Аппаратура высокоточного позиционирования по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем: Высокоточные антенны. Специальные методы повышения точности позиционирования / Под ред. М.И. Жодзишского. М.: МАИ-Принт. 2010.
  6. Van Trees H.L. Optimum Array Processing. Wiley. 2002.
  7. Mader G.L. GPS Antenna Calibration at the National Geodetic Survey // GPS Solutions. 1999. V. 3. № 1. P. 50-58.
  8. Wubbena G., Schmitz M., Menge F., Boder V., Seeber G. Automated Absolute Field calibration of GPS Antennas in Real Time // Proc. ION GPS 2000, Institute of Navigation, Salt Lake City, UT. P. 2512-2522.
  9. Lopez A.R. GPS Landing System Reference Antenna // IEEE AP Magazine. 2010. V. 52. № 1. P. 104-113.
  10. Воскресенский Д.И., Филиппов В.С. Печатные излучатели // Антенны. Сб. статей. Вып. 32 / под. ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь. 1985. С. 4-17.
  11. Филиппов В.С. Математическая модель и результаты исследования характеристик печатных излучателей в плоских ФАР // Антенны. Сб. статей. Вып. 32 / под. ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь. 1985. С. 17-63.
  12. Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь. 1986.
  13. Microstrip Antennas / Ed. D.M. Pozar, D.H. Schaubert. N.Y.: IEEE Press. 1995.
  14. Чебышев В.В. Микрополосковые антенны в многослойных средах. М.: Радиотехника. 2007.
  15. Waterhouse R.B. Microstrip Patch Antennas: A Designer Guide. Springer Science. 2003.
  16. Garg R., Bhartia P., BahlI., Ittipiboon A. Microstrip Antenna Design Handbook. Artech House. 2001.
  17. Lier E., Jacobsen K. Rectangular Mictrostrip Patch Antennas with Infinite and Finite Ground Plane Dimensions // IEEE Trans. on Antennas Propag. 1983. V. 31. № 6. P. 978-984.
  18. Basilio L.I., Chen R.L., Williams J.T., Jackson D.R. A New Planar Dual-Band GPS Antenna Designed for Reduced Susceptibility to Low-Angle Multipath // IEEE Trans. on Antennas Propag. 2007. V. 55. № 8. P. 2358-2366.
  19. Boccia L., Amendola G., Di Massa G. Performance Evaluation of Shorted Annular Patch Antennas for High-Precision GPS Systems // IET Microw. Antennas Propag. 2007. V. 1. № 2. P. 465-471.
  20. Rao B.R., Kunysz W., Fante P., McDonald K. GPS/GNSS Antennas. Artech House. 2013.
  21. Татарников Д.В. Пластинчатые антенны с подложками из искусственных диэлектриков // Антенны. 2008. № 1(128). С. 35-45.
  22. Tatarnikov D. Enhanced Bandwidth Patch Antennas with Artificial Dielectrics Substrates for High Precision Satellite Positioning // IEEE International Workshop on Antenna Technology, IWAT 2009. March 2-4, 2009, Santa Monica, CA, USA.
  23. Pat. 1684381 B1 EP EC. Patch antenna with comb substrate. / Tatarnikov D., Astakhov A., Shamatulsky P., Soutiaguine I., Stepanenko A. 2008 / Pat. 7,710,324 B2 US. 2010.
  24. Tatarnikov D., Astakhov A., Stepanenko A., Shamatulsky P. Patch Antenna With Capacitive Elements. Patent US 8,446,322 B2, 2013.
  25. Tatarnikov D., Stepanenko A., Astakhov A. Compact Dual-Frequency Patch Antenna. Patent US 9,184,504 B2, 2015.
  26. Tranquilla J.M., Best S.R. A Study of the Quadrifilar Helix Antenna for Global Positioning System (GPS) Applications // IEEE Trans. on Antennas Propag. 1990. V. 38. № 10. P. 1545-1550.
  27. Counselman C.C., Steinbrecher D.H. Circularly Polarized Antenna for Satellite Positioning Systems. Patent US 4,647,942, 1987.
  28. Yang Fan, Rahmat-Samii Yahya. Reflection phase characterizations of the EBG ground plane for low profile wire antenna applications // IEEE Trans. on Antennas Propag. 2003. V. 51. № 10. P. 2691-2703.
  29. Пат. № 2060575 С1 РФ. Спиральная антенна / Енютин Г.А., Матвеев И.Н., Павлов Н.А., Соловьев А.М., Тимошин В.Г. 1996.
  30. Попугаев А.Е. Разработка ГНСС антенн в институте интергальных схем (ИИС) имени Фраунгофера // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2010. № 5. С. 83-89.
  31. Пат. № 2380799 РФ. Компактная антенна круговой поляризации с расширенной полосой частот / Татарников Д.В., Степаненко А.П., Астахов А.В., Филиппов В.С. 2010 / Pat. 2335316 B1 EP. 2013 / Pat. 8,723,731 B2 US. 2014.
  32. Татарников Д.В., Степаненко А.П., Астахов А.В. Широкополосные малогабаритные пластинчатые антенны объемного типа // Антенны. 2009. № 3. 2009. С. 52-58.
  33. Pat. 8624792 B2 US. Antenna Device for Transmitting and Receiving Electromagnetic Signals /  Popugaev A., Wansch R. 2014.
  34. Li R.L., DeJean G., Tentzenis M.M., Papapolymerou J., Laskar J. Radiation-Pattern Improvement of Patch Antennas on a Large-Size Substrate Using a Compact Soft-Surface Structure and Its Realization on LTCC Multilayer Technology // IEEE Trans. on Antennas Propag. 2005. V. 53. № 1. P. 200-208.
  35. Pat. 6049309 US. Microstrip Antenna with an Edge Ground Structure / Timoshin V.G., Soloviev A.M. 2000.
  36. Pat. 5986615 US. Antenna with Ground Plane Having Cutouts / Westfall B.G., Stephenson K.B. 1999.
  37. Maqsood M., Gao S., Brown T.W.C., Unwin M., Van Steenwijk R., Xu J.D. A Compact Multipath Mitigating Ground Plane for Multiband GNSS Antennas // IEEE Trans. on Antennas Propag. 2013. V. 61. № 5. P. 2775-2782.
  38. Tranquilla J.M., Carr J.P., Al-Rizzo H.M. Analysis of a Choke Ring Ground Plane for Multipath Control in Global Positioning System (GPS) Applications // IEEE Trans. on Antennas Propag. 1994. V. 42. № 7. P. 905-911.
  39. Татарников Д.В. Экраны антенн высокоточной геодезии по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем. Часть 1. Идеально проводящие и импедансные экраны // Антенны. 2008. № 4(131). С. 6-19.
  40. Татарников Д.В. Экраны антенн высокоточной геодезии по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем. Часть 2. Полупрозрачные экраны из композитных материалов // Антенны. 2008. № 6(133). С. 3-13.
  41. Pat. 6278407 US. Dual-Frequency Choke-Ring Ground Planes / Ahsjaee J., Filippov V.S., Soutiaguine I.V., Tatarnikov D.V., Astakhov A.V. 2001.
  42. Астахов А.В. Антенны и экраны приемников системы спутниковой геодезии и навигации, Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. М.: МАИ. 2000.
  43. Lee Y., Kirchner M., Ganguly S., Suman S. Multiband L5 Capable GPS Antenna with Reduced Backlobes // Proc. ION GNSS 2004, Long Beach, CA, Institute of Navigation. P. 1523-1530.
  44. Pat. 6940457 B2 US. Multifrequency antenna with reduced rear radiation and reception / Lee Y., Ganguly S., Mittra R. 2003.
  45. Pat. 6836247 B2 US. Antenna Structures for Reducing the Effects of Multipath Radio Signals / Soutiaguine I., Tatarnikov D., Astakhov A., Filippov V., Stepanenko A. 2004.
  46. McKinzie W.E., Hurtado R., Klimczak W. Artificial Magnetic Conductor Technology Reduces Size and Weight for Precision GPS Antennas // Proc. ION NTM 2002, Institute of Navigation, San Diego, CA. P. 448-459.
  47. Baracco J.M., Salghetti-Drioli L., De Maagt P. AMC Low ProfileWideband Reference Antenna for GPS and GALILEO Systems // IEEE Trans. on Antennas Propag. 2008. V. 56. № 8. P. 2540-2547.
  48. Bao X.L., Ruvio G., Ammann M.J., John M. A Novel GPS Patch Antenna on a Fractal Hi-Impedance Surface Substrate // IEEE Antennas Wireless Propag. Lett. 2006. № 5. P. 323-326.
  49. Baggen R., Martinez-Vazquez M., Leiss J., Holzwarth S., Salghetti Drioli L., De Maagt P. Low Profile GALILEO Antenna Using EBG Technology // IEEE Trans. on Antennas Propag. 2008. V. 56. № 3. P. 667-674.
  50. Rao B.R., Rosario E.N. Electro-Textile Ground Planes for Multipath and Interference Mitigation in GNSS Antennas Covering 1.1 to 1.6 GHz // Proc. ION GNSS 2011, Institute of Navigation, Portland, OR. P. 732-745.
  51. Sievenpiper D., Zhang L., Broas R.F.J., Alexopoulos N.G., Yablonovitch E. High-Impedance Electromagnetic Surfaces with a Forbidden Frequency Band // IEEE Trans. MTT. 1999. V. 47. № 11. P. 2059-2074.
  52. Kunysz W. A Three Dimensional Choke Ring Ground Plane Antenna // Proc. ION GNSS 2003, Institute of Navigation, Portland, OR. P. 1883-1888.
  53. Tatarnikov D., Astakhov A., Stepanenko A. Broadband Convex Impedance Ground Planes for Multi-System GNSS Reference Station Antennas // GPS Solutions. 2011. V. 15. № 2. P. 101-108.
  54. Tatarnikov D., Astakhov A., Stepanenko A. GNSS Reference Station Antenna with Convex Impedance Ground Plane: Basics of Design and Performance Characterization // Proc. ION ITM 2011, Institute of Navigation, San Diego, CA. P. 1240-1245.
  55. Пат. № 2446522 РФ. Экран для подавления многолучевого приема сигналов и антенная система с таким экраном / Татарников Д., Степаненко А., Астахов А. 2012 / Pat. 8,441,409 B2 US/ 2013.
  56. Pat. 5694136 US. Antenna with R-Card Ground Plane / Westfall B.G. 1997.
  57. Krantz E., Riley S., Large P. The Design and Performance of the Zephyr Geodetic Antenna // Proc. ION GPS 2001, Institute of Navigation, Salt Lake City, UT. P. 1942-1951.
  58. Tatarnikov D. Semi-Transparent Ground Planes Excited by Magnetic Line Current // IEEE Trans. on Antennas Propag. 2012. V. 60. № 6. P. 2843-2852.
  59. Pat. 9048546 B2. Flat Semi-Transparent Ground Plane for Reducing Multipath Reception and Antenna System / Tatarnikov D., Klionovsky K. 2015.
  60. Dilssner F., Seeber G., Wübbena G., Schmitz M. Impact of Near-Field Effects on the GNSS Position Solution // Proc. ION GNSS 2008, Institute of Navigation. P. 612-624.
  61. Walford J. Leica GNSS Reference Antennas White Paper. Heerbrugg, Switzerland: Leica Geosystems AG. 2012.
  62. Tatarnikov D. Topcon Full Wave GNSS Reference Station Antenna with Convex Impedance Ground Plane TPS PN-A5. Topcon Positioning Systems. Whitepaper.
  63. Tatarnikov D., Astahov A., Susi M. Topcon Full Wave GNSS Field Reference Antenna TPS G5-A1. Topcon Positioning Systems. Whitepaper.
  64. Бойко С.Н., Кухаренко А.С., Яскин Ю.С. Применение экрана на основе метаматериала для отсечки многолучевости антенн спутниковых систем навигации // Антенны. 2015. № 7. С. 63-69.
  65. Каценеленбаум Б.З., Сивов А.Н. Электродинамика антенн с полупрозрачными поверхностями. М.: Наука. 1989.
  66. Tatarnikov D., Soutiaguine I., Filippov V., Astakhov A., Shamatulksy P. Multipath Mitigation by Conventional Antennas with Ground Planes and Passive Vertical Structures // GPS Solutions. 2005. V. 9. № 3. P. 194-201.
  67. Pat. 9184503 B2. Compact Circular Polarized Antenna System with Reduced Cross-Polarization Component / Tatarnikov D., Astakhov A. 2015.
  68. Kilgus С.C. Resonant Quadrifilar Helix. // IEEE Trans. on Antennas Propag. 1969. V. 17. № 5. P. 349-351.
  69. Пат. № 2483404 РФ. Компактная антенная система для уменьшения эффекта многолучевого приема сигналов с интегрированным приемником / Татарников Д.В., Астахов А.В., Шаматульский П.П. 2013 / Pat. 8,842,045 B2 US. 2014.
  70. Татарников Д.В., Астахов А.В. Высокоточные антенны Топкон в контуре автоматического управления строительными и сельскохозяйственными машинами // Тез. докл. 13-й Междунар. науч.-техн. конф. «Системный анализ, управление и навигация», 29 июня - 6 июля 2008 г., Евпатoрия, Крым. С. 212.
  71. Татарников Д.В. Approximate solutions of diffraction problems in GNSS antenna treatment // Тез. докл. 11-й Междунар. науч.-техн. конф. «Системный анализ, управление и навигация», 2-9 июля 2006 г., Евпатoрия, Крым. С. 139.
  72. Пат. № 2368040 РФ. Антенный блок для глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) / Татарников Д.В., Астахов А.В., Емельянов С.Н., Степаненко А.П. 2009.
  73. Татарников Д.В., Чернецкий И.М. Искусственные препятствия для испытательных полигонов аппаратуры позиционирования по сигналам GPS/ГЛОНАСС // Антенны. 2015. № 2. С. 47-54.
  74. Counselman C.C. Multipath-Rejecting GPS Antennas // Proceedings of the IEEE. 1999. V. 87. № 1: P. 86-91.
  75. Tatarnikov D., Astakhov A. Large Impedance Ground Plane Antennas for mm-Accuracy of GNSS Positioning in Real Time // Proc. of PIERS-2013, Stockholm, Sweden. P. 1825-1829.
  76. Татарников Д., Астахов А. Референсная антенна ГНСС для миллиметровой точности позиционирования в режиме реального времени // Антенны. 2016. № 2. С. 57-67.
  77. Tatarnikov D., Astakhov A. Approaching Millimeter Accuracy of GNSS Positioning in Real Time with Large Impedance Ground Plane Antennas // Proc. ION ITM 2014, Institute of Navigation, San Diego, CA. P. 844-848.
  78. Татарников Д., Астахов А. Сферическая антенная решетка с П-образной ДН и низким уровнем теневого поля // Сб. докл. VI Всероссийской конф. «Радиолокация и радиосвязь», ИРЭ РАН, 19-22 ноября 2012 г. Т. 1. С. 3-6.
  79. Tatarnikov D., ChernetskyI. Travelling Wave Antennas with Semitransparent Surfaces for Forming a Cutoff Pattern // Proc. PIERS-2015. P. 1168-1171.
  80. Tatarnikov D., Stepanenko A., Astakhov A. Moderately Compact Helix Antennas with Cutoff Patterns for Millimeter RTK Positioning // GPS Solutions. 2016.
  81. Татарников Д.В., Чернецкий И.М. Экраны с отсечкой поля // Журнал Радиоэлеткроники. 2015. № 10. 1684-1719.