小型化螺旋圆极化天线研究+Ansoft HFSS建模仿真(2)
在世界上，应用最为广泛的卫星导航系统是美国的全球定位系统：GPS（Global Positioning System），它是美国国防部为其海、陆、空三军所研制的导航定位系统。GPS广泛应用于导航、测绘、检测等领域。当然，全球范围内的卫星导航系统并不只有GPS，比如我国的 “北斗”卫星导航系统，欧洲的“伽利略”系统，俄罗斯的格洛拉丝。卫星导航系统不单应用在军事方面，在民用方面也有着很大的空间，例如我们所熟知的公路导航技术。美国政府规定手机要具有在危险情况下可以对手机持有人进行定位的功能，所以美国的GPS手机应用非常广。而在我国，GPS手机的持有率仅仅不到0.5%，因此，类似于GPS手机的GPS便携式在国内有很大的发展空间。要将GPS在便携式产品上实现，首先要解决的问题就是天线小型化的问题。微带天线和四臂螺旋天线通常被选为GPS天线，但由于四臂螺旋天线具有良好的方向图，且不需要大面积的接地板而成为最优选择。
图1.1 GPS产品
2 卫星定位系统
2．1 全球定位系统
卫星定位系统由于其具有巨大的商业及军事价值一直受到各国的重视。其中，应用时间最早、适用范围最广的是美国的全球定位系统（GPS）。
GPS系统由空间卫星系统、地面控制站和用户设备三部分组成。其中空间卫星系统由24颗工作卫星和3颗备用卫星组成。它们工作在6个等距离的轨道平面上，平分下来每个轨道面上有4颗工作卫星。轨道面与赤道之间的夹角为55度，卫星轨道的面接近于圆形，周期约12小时。这样的卫星分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星。如今的GPS信号服务有两种，一种是标准定位服务，专供世界各国人民使用；另一种是精密定位业务，专供军方和特殊用户使用。美国的GPS三文定位精度P码目前已经由16m提高到6m，C/A码已由25-100m提高到12m。GPS卫星信号的构成如图2.1.1所示[1]。
图2.1.1 GPS卫星信号的构成
地面控制系统由监测站、主控制站、地面上行天线三大部分组成。其中主控制站位于美国科罗拉多州喷泉城的空军基地。地面控制站负责监视卫星工作状态，接收由卫星传回的数据，并计算卫星的轨道参数、星历、相对距离、大气层校正等数据。用户设备部分实际上是GPS信号接收机。其主要功能是能够接收到按一定数量的待测卫星信号，并跟踪这些卫星的运行。当接收机接收到跟踪的卫星信号后，就可测出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据，根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分，其中天线单元是重点。
全球定位系统的主要用途涵盖了陆地、海洋和天空三大领域，应用非常广泛。目前，它是全球范围内应用最广泛的卫星定位系统。
2．2 格洛纳斯卫星定位系统
“格洛纳斯”是俄语中“全球卫星导航系统”的缩写，其作用类似于美国的GPS卫星定位系统，最早开发于80年代，苏联解体后由俄罗斯继续完成该计划。俄罗斯1995年独自完成了格洛纳斯全球卫星导航系统的建网工作。该卫星定位系统拥有24颗卫星，其中工作卫星21颗，备份卫星3颗，分布在3个轨道平面上，其工作频率L1为1597-1617MHz，L2为1240-1260MHz。每颗卫星都在1.91万公里高的轨道上运行，周期为11小时15分。
2．3 伽利略卫星定位系统
“伽利略”系统是欧洲为打破美国在卫星定位系统中的垄断而计划建设的新一代民用全球定位系统。按照规划，“伽利略”卫星定位系统将由30颗卫星组成，其中包括27颗工作卫星，3课备份卫星。卫星采用中等地球轨道，均匀分布在高度为24126公里的3个倾角为56度的轨道面上。“伽利略”系统由于采用多制式的接收机，可以接收更多的卫星信号，因此所提供定位精度比GPS系统更高，而且更可靠。另外，“伽利略”系统的另一个特点是还能够和其他定位系统实现多系统内的相互合作，将来用户都可以使用多系统接收机采用不同定位系统的数据或各系统的数据组合来实现定位导航的要求。