基于转发式卫星导航试验系统的导航天线关键技术研究

转发式卫星导航系统是一个基于通信卫星的创新型系统，该系统利用静止轨道（GEO）通信卫星组建星座，可以实现导航和通信的两网合一。卫星下行信号极化既有垂直线极化，又有水平先极化，传统的圆极化天线接收导航信号不可避免会产生3dB极化损耗，为了降低极化损耗，2020年进行了下列工作：

1）正交线极化天线设计

正交极化天线由水平和垂直两种极化天线组成，两种极化天线结构完全一致，电性能参数也完全一致。对天线进行了优化仿真，并加工了原理样机，实际测试结果基本和仿真结果吻合。

2）正交线极化天线方案实验验证

正交线极化天线方案主要包括正交线极化天线、低噪声放大器、下变频器以及基带等。正交线极化同时接收来自不同卫星不同极化形式的导航信号, 经过射频部分,将导航信号在基带进行加权伪距合成,达到减小极化损耗,提高导航信号载噪比的目的.

为了测试天线性能，在北京某测站放置转发式卫星导航接收机，采集中星12号（87.5^。）卫星某一时间段的伪距数据。图11中由上至下分别给出了水平天线的测距噪声(σ_hor)、垂直天线的测距噪声(σ_verr)和组合伪距的测距噪声(σ)，数据中已经消除测量结果的系统偏差部分。

水平天线的测距噪声约为0.33米，垂直天线的测距噪声约为0.34米。根据水平天线和垂直天线实测的信号载噪比，进行组合伪距后，测距噪声为0.24米，明显优于圆极化天线的测距噪声0.45米。与圆极化接收天线相比，该方法相当于可以提高信号的载噪比2.7dB。

3）正交圆极化天线方案

将左旋圆极化（LHCP，Left hand circular polarization）端口接收的第颗卫星信移相器的相移，使之与右旋圆极化（RHCP，Right hand circular polarization）端口接收的同一颗卫星信号同相相加，从而实现对第颗信号的（近于）极化匹配接收。利用射频无源电路无法实现同时对每一颗卫星信号的（近于）极化匹配的接收。由于每一颗卫星发射的定位信号是不相关的，因此有可能在基带上实现对每一颗卫星信号的（近于）极化匹配接收。

通过理论分析，正交圆极化天线极化效率0.9 左右,正交圆极化定位天线极化效率优于传统圆极化定位天线（极化效率约为0.5）.正交圆极化定位天线极化效率高，接收CAPS 系统卫星导航信号极化损耗最小。