隨著(zhù)衛星定位技術(shù)的不斷發(fā)展完善，高精度定位技術(shù)已經(jīng)應用于現代生活的各行各業(yè)中，比如在測量測繪、精準農業(yè)、無(wú)人機、無(wú)人駕駛等領(lǐng)域中，高精度定位技術(shù)的身影隨處可見(jiàn)。特別是隨著(zhù)北斗新一代衛星導航系統的組網(wǎng)完成，以及5G時(shí)代的到來(lái)，北斗+5G的不斷發(fā)展，有望推動(dòng)高精度定位技術(shù)在機場(chǎng)調度、機器人巡檢、車(chē)輛監控、物流管理等領(lǐng)域迎來(lái)更加廣闊的應用。高精度定位技術(shù)的實(shí)現，離不開(kāi)高精度天線(xiàn)、高精度算法以及高精度板卡的支持，本文主要就高精度天線(xiàn)的發(fā)展應用、技術(shù)現狀等進(jìn)行介紹。

　　1、GNSS高精度天線(xiàn)發(fā)展應用

　　1.1 高精度天線(xiàn)介紹

　　在GNSS領(lǐng)域中，高精度天線(xiàn)是對天線(xiàn)相位中心穩定性有特殊要求的一類(lèi)天線(xiàn)，通常與高精度板卡配合實(shí)現厘米級或者毫米級的高精度定位。在高精度天線(xiàn)的設計中，通常對天線(xiàn)的以下指標有特殊要求：天線(xiàn)波束寬度、低仰角增益、不圓度、滾降系數、前后比、抗多徑能力等。這些指標都會(huì )直接或間接的影響到天線(xiàn)的相位中心穩定性，進(jìn)而影響到定位精度。

　　1.2 高精度天線(xiàn)應用及分類(lèi)

　　高精度GNSS天線(xiàn)最初主要應用于測量測繪領(lǐng)域，用于在工程放樣、地形測圖以及各種控制測量過(guò)程中實(shí)現靜態(tài)毫米級的定位精度。隨著(zhù)高精度定位技術(shù)的日益成熟，高精度天線(xiàn)逐漸應用在越來(lái)越多的領(lǐng)域中，包括連續運行參考站、變形監測、地震監控、測量測繪、無(wú)人機、精準農業(yè)、自動(dòng)駕駛領(lǐng)域、駕考駕培、工程機械等工業(yè)領(lǐng)域，在不同應用中對天線(xiàn)的指標要求也有明顯差異。

　　1.2.1 CORS系統、變形監測、地震監控-參考站天線(xiàn)

　　高精度天線(xiàn)應用于連續運行參考站中時(shí)，通過(guò)長(cháng)期觀(guān)測獲取準確的位置信息，并通過(guò)數據通訊系統實(shí)時(shí)的將觀(guān)測數據傳輸至控制中心，控制中心解算出區域內的誤差改正參數后再通過(guò)地基增強系統、廣域增強系統、星基增強系統等，將誤差信息發(fā)給流動(dòng)站（用戶(hù)端），最終使用戶(hù)得到準確的坐標信息[1]。

　　在變形監測、地震監控等應用中，由于需要對變形量進(jìn)行精確的監測，探測到微小的形變，從而預測自然災害等的發(fā)生。

　　因此在諸如連續運行參考站、變形監測、地震監控應用中的高精度天線(xiàn)設計中，首先必須考慮的就是其優(yōu)秀的相位中心穩定性和抗多徑干擾能力，這樣才能為各種增強系統實(shí)時(shí)提供準確的位置信息。另外，為了提供盡可能多的衛星改正參數，天線(xiàn)必須接收盡可能多的衛星，四系統全頻段已經(jīng)成為標準配置。在此類(lèi)應用中，通常采用覆蓋四系統全頻段的參考站天線(xiàn)（基準站天線(xiàn)）作為系統的觀(guān)測天線(xiàn)。

　　1.2.2 測量測繪-內置測量天線(xiàn)

　　在測量測繪領(lǐng)域中，需要設計便于集成的內置測量天線(xiàn)，天線(xiàn)通常內置于RTK接收機的頂部，在測量測繪領(lǐng)域實(shí)現實(shí)時(shí)高精度定位。

　　內置測量天線(xiàn)在設計中的主要考慮因素有頻段覆蓋、波束覆蓋、相位中心穩定性、天線(xiàn)尺寸等，特別是隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )RTK的應用普及，集成了4G、藍牙、WiFi的全網(wǎng)通內置測量天線(xiàn)逐漸占據主要份額，自2016年一經(jīng)推出就受到了廣大RTK接收機廠(chǎng)商的青睞，得到了廣泛的應用推廣。

　　1.2.3 駕考駕培、無(wú)人駕駛-外置測量天線(xiàn)

　　傳統的駕考系統存在諸多弊端，如投入成本大、運維費用高、受環(huán)境影響大、精度低等，高精度天線(xiàn)應用于駕考系統后，駕考系統由人工評判轉變?yōu)橹悄芑u判，評判精度高，大大降低了駕考的人力物力成本。

　　近年來(lái)無(wú)人駕駛系統發(fā)展迅速，在無(wú)人駕駛中，通常采用RTK高精度定位與慣導組合定位的定位技術(shù)，可以在大多數環(huán)境下實(shí)現很高的定位精度。

　　在駕考駕培、無(wú)人駕駛等系統中，常采用的是外置測量天線(xiàn)形式，需要天線(xiàn)具備多系統多頻的工作頻段，能夠實(shí)現較高的定位精度，對多徑信號有一定的抑制能力，以及較好的環(huán)境適應性，能夠在戶(hù)外環(huán)境下長(cháng)期使用而不發(fā)生故障。

　　1.2.4 無(wú)人機-高精度無(wú)人機天線(xiàn)

　　近年來(lái)無(wú)人機行業(yè)發(fā)展迅猛，無(wú)人機已經(jīng)在農業(yè)植保、測量測繪、電力巡線(xiàn)等場(chǎng)景中廣泛應用，在此類(lèi)場(chǎng)景中的應用，只有配備了高精度天線(xiàn)才能保證各種作業(yè)的準確、高效和安全。由于無(wú)人機具有速度快、載重輕、續航短等特點(diǎn)，無(wú)人機高精度天線(xiàn)在設計時(shí)主要關(guān)注重量、尺寸、功耗等因素，并且在保證重量和尺寸的前提下實(shí)現盡可能的寬帶設計。

　　2、GNSS天線(xiàn)國內外技術(shù)現狀

　　2.1 國外高精度天線(xiàn)技術(shù)現狀

　　國外對高精度天線(xiàn)的研究開(kāi)始較早，并且也開(kāi)發(fā)出了一系列性能較好的高精度天線(xiàn)產(chǎn)品，如NoVatel的GNSS 750系列扼流圈天線(xiàn)、Trimble的Zepryr系列天線(xiàn)、徠卡AR25天線(xiàn)等，其中不乏具有較大創(chuàng )新意義的天線(xiàn)形式。因此在過(guò)去很長(cháng)一段時(shí)間內，我國的高精度天線(xiàn)市場(chǎng)都是出于被國外產(chǎn)品壟斷的地位。但是近十年來(lái)，隨著(zhù)一大批國內廠(chǎng)商的興起，國外GNSS高精度天線(xiàn)在性能上已經(jīng)基本沒(méi)有優(yōu)勢，反而國內高精度廠(chǎng)商開(kāi)始向國外開(kāi)拓市場(chǎng)。

　　此外國外近年來(lái)也發(fā)展起來(lái)一些新的GNSS天線(xiàn)廠(chǎng)商，如Maxtena，Tallysman等，其產(chǎn)品主要是用于無(wú)人機、車(chē)載等系統的小型GNSS天線(xiàn)，天線(xiàn)形式通常是高介電常數的微帶天線(xiàn)或者是四臂螺旋天線(xiàn)形式，在此類(lèi)天線(xiàn)的設計技術(shù)上國外廠(chǎng)商已經(jīng)沒(méi)有優(yōu)勢，國內外產(chǎn)品正在進(jìn)入同質(zhì)化競爭時(shí)期。

　　2.2 國內高精度天線(xiàn)技術(shù)現狀

　　國內的高精度天線(xiàn)的產(chǎn)品化起步較晚，但是發(fā)展迅速，過(guò)去十年，有一批國內高精度天線(xiàn)廠(chǎng)商開(kāi)始發(fā)展壯大，如華信天線(xiàn)、中海達、鼎耀、佳利電子等，開(kāi)發(fā)出了一系列具有自主知識產(chǎn)權的高精度天線(xiàn)產(chǎn)品。

　　如在基準站天線(xiàn)和內置測量天線(xiàn)領(lǐng)域，華信的3D扼流圈天線(xiàn)、全網(wǎng)通組合天線(xiàn)等，并且產(chǎn)品可靠性高，使用壽命長(cháng)，故障率極低，可以滿(mǎn)足各種環(huán)境應用。

　　而在車(chē)載、無(wú)人機等行業(yè)，外置測量天線(xiàn)和四臂螺旋天線(xiàn)的設計技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并且在駕考系統、無(wú)人駕駛、無(wú)人機等行業(yè)應用中已經(jīng)大規模使用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

　　3、GNSS天線(xiàn)市場(chǎng)現狀與前景

　　2018年我國衛星導航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達到3016億人民幣，較2017年增長(cháng)18.3%[2]，2020年將達到4000億人民幣；2019年全球衛星導航市場(chǎng)總產(chǎn)值1500億歐元，GNSS終端用戶(hù)數量達到64億臺；在全球經(jīng)濟形勢低迷的背景下，GNSS產(chǎn)業(yè)是少數逆勢上漲的產(chǎn)業(yè)之一。歐洲全球導航衛星系統局預測，未來(lái)十年全球衛星導航市場(chǎng)總產(chǎn)值將翻一番超過(guò)3000億歐元，GNSS終端數量將增加至95億臺。

　　全球衛星導航市場(chǎng)中，應用于道路交通、無(wú)人機等領(lǐng)域的終端設備是未來(lái)十年增速最快的細分市場(chǎng)：智能化、無(wú)人駕駛車(chē)輛是未來(lái)道路車(chē)輛的主要發(fā)展方向，具備自動(dòng)駕駛能力的汽車(chē)必須配備GNSS高精度天線(xiàn)，因此自動(dòng)駕駛市場(chǎng)對GNSS天線(xiàn)需求量巨大。隨著(zhù)我國農業(yè)現代化進(jìn)程的不斷發(fā)展，植保無(wú)人機等配備高精度定位天線(xiàn)的無(wú)人機用量必將持續增長(cháng)。

　　4、GNSS高精度天線(xiàn)發(fā)展趨勢

　　GNSS高精度天線(xiàn)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，各項技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但還有許多有待突破的方向：

　　1、小型化：電子設備的小型化是永恒的發(fā)展趨勢，特別是在如無(wú)人機、手持機等應用中，對小尺寸天線(xiàn)的需求更迫切。但是天線(xiàn)小型化后天線(xiàn)性能會(huì )降低，如何在保證綜合性能前提下減小天線(xiàn)尺寸是高精度天線(xiàn)的重要研究方向。

　　2、抗多徑技術(shù)：GNSS天線(xiàn)抗多徑技術(shù)主要有扼流圈技術(shù)[3]、人工電磁材料技術(shù)[4][5]等，但是都有著(zhù)尺寸大、帶寬窄、成本高等缺點(diǎn)，無(wú)法實(shí)現通用設計，因此需要研究具有小型化、寬帶化特點(diǎn)的抗多徑技術(shù)，滿(mǎn)足各種應用需求。

　　3、多功能化：現如今各種設備上除了GNSS天線(xiàn)，還集成了不止一種通信天線(xiàn)，不同通信系統對GNSS天線(xiàn)可能產(chǎn)生各種信號干擾，影響正常收星。因此通過(guò)多功能集成將GNSS天線(xiàn)與通信天線(xiàn)實(shí)現集成設計，在設計時(shí)就考慮到天線(xiàn)間的干擾影響，可以在提高集成度的同時(shí)改善電磁兼容特性，提高整機性能。