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高精度天线不仅是全球卫星导航系统(GNSS)地面参考站的重要模块,也是各种GNSS高精度测量系统中不可或缺的设备。作为高精度卫星导航接收机的前端传感装置,高精度天线应做到全频段、全空域、不失真地接收卫星信号,最大限度降低天线非理想特性引入的测量误差。另一方面,为减轻接收机后端信号处理的压力,高精度天线还应具备良好的多径抑制能力。随着全球卫星导航系统的快速发展,高精度天线的研究在多径评估和抑制理论以及天线实现技术方面均面临了一些新的问题。本文以中国北斗导航系统建设中高精度天线需求为应用背景,从天线实际接收环境下的多径误差评估及抑制理论,L/S频段高精度天线一体化技术及小型化技术等方面展开深入的理论研究和工程实践,主要的研究成果如下:(1)作为与天线特性和接收环境紧密相关的误差源,建立实际天线接收环境下的多径误差评估办法是设计抗多径天线和利用接收环境选址实现多径抑制的关键。本文根据粗糙表面的电磁波反射理论和菲涅尔传输定理论证了城市和郊区两种多径环境的主要特点,并基于此提出一种半开放场景模型的多径误差评估方法。一方面,根据半开放场地中倾斜反射多径时延相比水平反射剧烈增加的特点,提出采用控制天线与起伏地势的距离消除倾斜反射多径的办法,为导航系统的固定站选址提供参考。另一方面,提出天线实现多径抑制能力提升的性能约束,为高精度天线的设计提供理论依据。(2)兼容S频段是北斗导航系统监测系统高精度天线的现实需求,而随着北斗导航系统的发展,S频段也为未来高精度导航增添了多频组合观测量的选择空间,具有广阔应用前景。针对此问题,本文提出了一种兼容L频段与S频段的一体化高精度天线技术。为保证频段间性能独立性并降低设计复杂度,天线采用四臂螺旋天线与贴片天线组合辐射元。在L频段,提出了一种高辐射效率的新型渐变传输线馈电四臂螺旋天线,充分利用了四臂螺旋天线的优良的圆极化性能和相位稳定性。为均衡天线抗多径能力和低仰角卫星接收能力,设计了一种多频段混合扼流圈。仿真以及实测结果均表明,一体化高精度天线在L频段以及Bs频段分别实现1mm及2mm以内的相位中心变化量(PCV),在截止角(仰角10度)以上分别拥有2dB及4dB以内的圆极化轴比。在多径抑制能力方面,L频段与Bs频段分别具有30dB和22dB以上的增益前后比(FBR)。(3)作为公认最优的天线抗多径技术,扼流圈过大的体积和重量是制约其应用最大的障碍,本文提出了一种小型化扼流圈技术以拓展高精度天线的应用范围。小型化扼流圈在垂直扼流圈的基础上将天线反射腔体边缘锯齿化,结合垂直扼流圈抑制表面波的能力和锯齿结构扰乱腔体口面环形电流的效果,降低了交叉极化的辐射电平。新型扼流圈在体积缩减为典型三维扼流圈五分之一的前提下,多径抑制能力在L1与L2频段与三维扼流圈性能相当,L5频段略有超出,而Bs频段的多径抑制能力为新型扼流圈所独有。(4)在固定站应用中,提高扼流圈天线的低仰角信号接收能力往往也意味着低仰角多径抑制能力的牺牲,而水平附近也是信号处理抗多径技术无能为力的短时延强功率多径信号集中的区域。针对这一矛盾,本文提出了一种采用吸波材料的新型天线抗多径技术——吸波抑径板技术。该技术采用金属板一定程度屏蔽水平附近及以下的多径信号,并利用吸波材料抑制金属板上表面的反射,减小天线的相位波动。根据理论分析提出了一整套对吸波抑径板进行优化的设计准则。实测结果表明吸波抑径板能在保持低仰角接收能力的前提下将天线的多径抑制能力提高40%以上。进一步,提出采用电磁吸波超材料替代传统的海绵或者橡胶吸波材料的方案,使吸波抑径板具有更轻便的结构和更稳健的环境适应性。本文部分研究成果已成功应用于北斗卫星导航系统工程项目中,如L/S频段一体化高精度天线和吸波抑径板技术。在未来的系统建设中,半开放场景多径误差评估及抑制技术可指导固定站选址和天线设计。另外,由于具有优异的性能及低廉的成本,小型化高精度天线有更为广阔的应用前景。