一种单天线利用空域滤波的序贯抑制多径信号的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及在卫星导航接收终端的单天线利用空域 滤波的序贯抑制多径信号的方法。
【背景技术】
[0002] 导航卫星发射信号包括载波、测距码和数据码，常称为导航电文。接收机将导航电 文进行信息处理转换为位置、速度和时间的7维信息，完成导航、定位并提供时间基准。高 精度GNSS的应用中，定位测量精度提高到厘米和亚厘米量级，其天线是该接收机不可或缺 的关键设备，对提高GNSS的载波相位测量精度起着十分关键的作用。
[0003] 由于多径的存在，到达接收机信号可以看成是一条直达信号和多条经反射、绕射 等间接信号的叠加。多径信号是GNSS接收机精确定位的主要误差源之一，它对到达GNSS接 收机中的直达信号造成严重干扰，从而导致接收机环路跟踪误差和测距误差。抑制多径信 号一直是GNSS接收机系统设计的一个研究热点和技术难点。GNSS接收机多径信号处理大 致分为空域和时域两类。接收机时域处理主要是抑制多径信号的影响，常用的有窄相关法、 波形分解法、快速迭代最大似然算法（F頂LA)、多径估计延迟锁相环法（MEDLL)等。这基本 上能消除多径对测量精度影响，但需要大量的相关器和其他硬件资源，而且估计算法的实 现也非常复杂。对于多星兼容，多频、多模的接收机，要支持多个导航系统的射频前端所需 成本和功耗会大大地增加，这有背于接收机的小型化、轻量化、减低功耗、降低成本的目标， 而且对于天线周围反射等引起的时延小于1/15个码片长度的情况，接收机尚不能有效处 理。
[0004] 多径干扰已成为进一步提高接收机定位精度、稳定性和可靠性必须突破的难题。 为了提高接收机系统抗多径的能力，对于接收机单天线抗多径设计经历了漫长的过程，最 早采用抑径板，在天线底部安装一个直径达Im左右的圆形金属平板，通过它抑制从天线下 方进入天线的多径信号，后来又提出带短路圆环的圆形微带贴片天线形式，以抑制微带天 线表面波辐射，使之天线方向图具有高滚降、高前后比、高圆对称性和广角圆极化特性。此 方法是针对某一频率或某两个频率的，具有谐振特性，它对当今多星、多频宽带的应用就存 在困难。目前应用最多的单天线抑制多径的方法则是加扼流环（Choke-Ring)形式：利用 扼流圈表面阻抗呈现高阻抗特性来抑制表面波。采用2D/3D扼流圈可以有效地提高单天线 的前后比，F/B的提高对抑制多径、提高抗干扰能力是十分有利的。TOPCON推出了应用于 GPS-Ll和L2的带平面（2D)扼流环CR-3和CR-4天线。为了适应多星并存和共用，NovAtel Inc.推出了带3D扼流环的天线：Nov-GNSS_75〇-X，该天线不带罩的直径为380mm，高度不低 于200mm。TOPCON最近也推出了带半球散射柱的TPSPN. A5天线，其直径413. 8臟，高288mm。 扼流圈的引入大大增加了单元天线的尺寸，重量，成本的增加也不可避免。而且扼流环的设 计是基于环口呈现高阻抗来抑制杂散辐射。这种作用机制是与频率有关的，要进一步扩大 频带，或进一步提高抑制能力，其实现效果也是不理想的。
【发明内容】
[0005] 本发明在基本不增加天线本体口径尺寸的情况下，为单天线提供一种利用空域滤 波的序贯抑制多径信号的方法。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种单天线利用空域滤波的序贯抑制 多径信号的方法，包括：
[0007] 步骤a，在天线的接地板上沿径向方向中心对称地安装一组金属平板，每两个金属 平板之间形成径向平板波导，所述径向平板波导用于使TE表面波在其中以截止模衰减传 输；
[0008] 步骤b，观测天线辐射方向图中的滚降和前后比，以此判断径向平板波导的TE表 面波衰减是否达到，如果是，则执行步骤g，如果否，则可返回至步骤a，修改第一参数重新 判断，或执行步骤c ;
[0009] 步骤c，在紧靠接地板背面的外圈，同轴层叠地安装一个或多个中心部位短路且带 90°折弯的半开口圆环腔，所述半开口圆环腔的开口向上形成高阻抗，在半开口圆环腔上， 自开口处沿径向方向开出一组缝槽，所述缝槽用于切断残余环圈电流；
[0010] 步骤山观测天线辐射方向图中的滚降、前后比和后尾瓣，以此判断天线的抑制多 径的效果是否达到，如果是，则执行步骤g，如果否，则可返回至步骤C，修改第二参数重新 判断，或执行步骤e ;
[0011] 步骤e，在半开口圆环腔下方预定距离平行安装一个直径大于半开口圆环腔直径 的抑径板，所述抑径板用于隔离近区环境影响；
[0012] 步骤f，观测天线辐射方向图中的滚降、前后比和后尾瓣，以此判断天线的抑制多 径的效果是否达到，如果是则执行步骤g，如果否则返回至步骤e，修改第三参数重新判断， 或返回至步骤c或/和步骤a，修改设计参数直至达到；
[0013] 步骤g，结束流程。
[0014] 本发明的有益效果是：在基本不增加天线本体口径尺寸的情况下，使天线具有超 强的抗多径能力，在满足高精度载波相位测量型导航接收机天线的应用需求的条件下，使 得接收机天线具有小型、轻量、高可靠、低成本的优点。
[0015] 在上述技术方案的基础上，本发明具有以下进一步的特征。
[0016] 进一步，步骤a中所述金属平板与接地板垂直，所述金属平板两两之间的间距d必 须满足d〈 λ/2, λ为工作频段波长；所述金属平板沿接地板径向延伸至接地板边缘；通过 调控所述金属平板的数量、形状和尺寸控制截止模的复传播系数。
[0017] 进一步，步骤c中所述半开口圆环腔在靠近接地板中心的位置通过与接地板连接 的方式形成射频短路。
[0018] 进一步，步骤c中，通过选择所述半开口圆环腔的个数、内外直径、90°折弯的深 度，在开口面形成高阻抗，所述高阻抗用于阻止半开口圆环腔开口处波模的生成和传输。
[0019] 进一步，步骤c中，所述半开口圆环腔的短路深度等效为工作频段波长的1/4。。
[0020] 进一步，步骤c中所述缝槽从半开口圆环腔的开口处延伸至半开口圆环腔的底 面，所述缝槽沿半开口圆环腔均匀分布。
[0021] 进一步，控制缝槽的数量、缝槽宽度和尺寸实现抑制残余环电流辐射。
[0022] 进一步，所述缝槽的槽宽为1mm-2mm，所述缝槽的缝长电长度接近λ/4,所述缝 槽的槽间距D必须满足D << λ/2, λ为工作频段波长。
[0023] 进一步，步骤c中，所述抑径板的尺寸比圆环腔直径稍大，所述预定距离控制于 IOmm内可调，以隔离近区场影响。
[0024] 进一步，根据不同的应用要求，采用步骤a、步骤c和步骤e其中的一项，或采用步 骤a、步骤c和步骤e两项或多项的组合。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明一种单天线利用空域滤波的序贯抑制多径信号的方法的步骤流程 图；
[0026] 图2为本发明一种单天线利用空域滤波的序贯抑制多径信号的方法一个实施例 的步骤流程图；
[0027] 图3为本发明一种单天线利用空域滤波的序贯抑制多径信号的方法另一个实施 例的步骤流程图；
[0028] 图4为本发明所述接地板上形成的径向平板波导俯视图；
[0029] 图5为图4的AA剖视图；
[0030] 图6为本发明所述叠放的半开口圆环腔的俯视图；
[0031] 图7为图6的AA剖视图；
[0032] 图8为本发明所述单天线在增加抑径板后的剖视图。
[0033] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0034] 1、接地板，2、金属平板，3、半开口圆环腔，31、缝槽，4、抑径板。
【具体实施方式】
[0035] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0036] 现有技术中，接收上半空间电磁波信号的天线要求具有半球波束覆盖，一般选择 带有金属接地平板的天线，其基本天线单元可是微带贴片、振子天线或其他电、磁源形式。 但是由于接地板尺寸不足够地大，表面波对预定天线性能会产生干扰，表现为滚降、前后比 降低，广角圆极化性能变差。另外，天线在接收来自空间直达信号同时，也会接收从低仰角 和负仰角（下半空间）进入的经反射或散射的非直达信号（或称多径信号）。多径信号是 接收机的主要误差源之一，它也是GNSS接收机精确定位的一个主要的误差源，多径信号对 到达GNSS接收机中的直达信号造成严重干扰，从而导致接收机环路跟踪误差和测距误差。 抑制多径信号一直是接收机系统设计的一个研究热点和技术难点。抑制多径信号就是要使 接收天线具有高滚降、高前后比、优良的广角圆极化性，本发明所述的方法就是通过空间滤 波，波束赋形提高接收机天线方向图的圆对称性、滚降、前后比