1957年10月4日，前蘇聯發射了第一顆人造地球衛星，第二年，美國便啟動了第一代衛星導航系統——子午儀衛星導航系統的研制。經過幾十年的發展，全球各類航天器發射活動日益增多，全球衛星導航衛星系統（GNSS）也已經進入了千家萬戶，改變著人們的生活方式。

不管是太陽同步衛星、地球同步衛星還是其他航天器，承擔衛星測量、控制、數據傳輸任務的衛星導航測量天線必不可少。今天，小編帶大家了解一下衛星導航測量天線那點兒事。

全球導航衛星系統主要有兩大功能：導航定位與測量。

?導航定位功能需要以偽距測量（pseudo-range measurement）來實現，其原理是用衛星發播的偽隨機碼與接收機復制碼，測定測站到衛星之間的、含有時鐘誤差和大氣層折射延遲的距離。由于測得的距離含有時鐘誤差和大氣層折射延遲，而非“真實距離”,故稱偽距。利用測定的偽距組成以接收機天線相位中心的三維坐標和衛星鐘差為未知數的方程組，經最小二乘法解算以獲得接收機天線相位中心三維坐標,并將其歸化為測站點的三維坐標可以實現偽距定位。由于方程組含有4個未知數，因此必須有4個以上經偽距測量而獲得的偽距。此法既能用于接收機固定在地面測站上的靜態定位，又適于接收機置于運動載體上的動態定位。從系統機理上而言，導航定位天線只要為右旋圓極化、增益、駐波、方向圖等指標滿足接收機的基本要求即可實現導航定位功能。

?與導航定位不同，高精度測量功能需要采用載波相位測量（carrier phase measurement）實現。載波相位測量是利用接收機測定載波相位觀測值或其差分觀測值，經基線向量解算以獲得兩個同步觀測站之間的基線向量坐標差的技術和方法。

?由于高精度測量的機理要求，衛星測量型天線在常見的天線性能指標要求之外還要增加相位中心和降低多路徑效應以降低誤差源，提高測量精度。

天線相位中心（Antenna Phase Center）是指天線的電氣中心，天線的輻射場分量等效的由這點輻射出去，輻射波為一球面。理想天線存在唯一的相位中心，其等相面為球面，因此接收不同方向的衛星信號時不會因為天線本身產生額外的相位差而造成定位測量結果的偏差。現實中，在整個波束空間存在唯一相位中心的天線實際上是很難做到的，絕大部分天線在整個波束空間不存在唯一的相位中心，只在主瓣某一范圍內相位保持相對恒定。為了完整描述天線相位中心特性，需要引入平均相位中心、相位中心偏移量PCO(Phase Center Offset)和相位中心變化量PCV(Phase Center Variations)的概念，并定義天線參考點ARP(Antenna Reference Point)和天線的正北方向。天線參考點ARP一般定義為天線上表面的物理中心點，天線的正北方向在天線結構上標出。一般來說相位中心偏移量越小越有利于提高測量精度。

?多路徑效應（multipath effect）多路徑效應是指接收機除直接收到衛星發射的信號外，還同時收到經天線周圍地物一次或多次反射的衛星信號。這些信號與直接信號疊加，從而使觀測量產生誤差。根據實驗資料的分析表明，在一般反射環境下，多路徑效應對偽距測量的影響可達米級，對載波相位測量的影響可達厘米級；而在高反射環境下，不僅其影響將顯著增大，而且常常導致接收的衛星信號失鎖和使載波相位觀測量產生周跳。為降低多路徑效應，測量天線一般采取扼流圈天的設計形式以降低多路徑效應的影響。

小知識

常見的衛星測量天線

?高精度測量技術測量精度可達到毫米級，滿足鐵路路基沉降監測的需求。三院海鷹衛星運營事業部基于高穩定相位中心衛星導航測量天線技術研發的北斗高精度鐵路沉降監測系統，能夠克服傳統手段所存在的諸多缺陷，具有成本低、維護簡單、監測精度高、自動化程度高、無量程限制、全天候、實時、連續、不受氣候影響都優點，可以更全面地了解鐵路路基各時期的變化，甚至瞬時變化，實現連續觀測與數據的實時動態處理，從而能夠更有效地掌握鐵路路基的狀態，及時發現問題，保障路線安全。

來源：中國航天科工三院 海鷹衛星運營事業部