DE102020105844A1 - Method for examining the surroundings of a receiving antenna - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung basiert auf der Verwendung doppelt polarisierten Test-Empfangsantenne, die auf unterschiedliche Leistungspegel rekonfigurierbar ist. Die Konfigurierbarkeit schließt die Polarisationsreinheit und die Rückkeule, d.h. die beiden Haupt-Antennenparameter ein, die jeweils die Fähigkeit zur Unterdrückung von Mehrwegeausbreitungen aus der oberen Hemisphäre und aus der unteren Hemisphäre beeinflussen. Die Erfindung schafft ein Verfahren zur generischen Untersuchung des Ortes für die Installation einer Antenne durch Verwenden einer rekonfigurierbaren Sonde oder Test-Empfangsantenne, die in der Lage ist, verschiedene MPSI-Grade anzunehmen. Die durch diese Reihe von Messungen erhaltenen Ergebnisse bilden sodann eine Art „Mehrwegeausbreitungskarte“ des Orts für jeden MPSI-Grad. Eine derartige Karte ermöglicht sodann das Vorhersehen der mit jeder anderen Antenne erreichbaren Leistung durch einfaches Vergleichen ihrer MPSI-Werte mit der Mehrwegeausbreitungskarte, die mit einem entsprechenden MPSI der Sonde oder Test-Empfangsantenne erhalten wurde.The invention is based on the use of double polarized test receiving antenna which can be reconfigured to different power levels. The configurability includes polarization purity and back lobe, i.e. the two main antenna parameters that influence the ability to suppress multipath propagation from the upper hemisphere and from the lower hemisphere, respectively. The invention provides a method of generically investigating the location for the installation of an antenna by using a reconfigurable probe or test receiving antenna capable of assuming various MPSI grades. The results obtained from this series of measurements then form a kind of “multipath map” of the location for each MPSI grade. Such a map then makes it possible to predict the performance achievable with any other antenna by simply comparing its MPSI values with the multipath map obtained with a corresponding MPSI of the probe or test receiving antenna.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung der Umgebung einer Empfangsantenne für Satellitensignale hinsichtlich der Existenz der Mehrwegeausbreitung der Satellitensignale bis zu ihrem Empfang durch die in einer vorgegebenen Standorthöhe über einem Untergrund angeordneten Empfangsantenne.The invention relates to a method for examining the surroundings of a receiving antenna for satellite signals with regard to the existence of the multipath propagation of the satellite signals until they are received by the receiving antenna arranged at a predetermined altitude above a subsurface.
Die Verwendung globaler Satellitennavigationssysteme (GNSS) als Mittel zur präzisen Positionsbestimmung, Navigation und Zeitsteuerung nimmt in einer Vielzahl von Anwendungsfällen zu. Parallel zu der weitverbreiteten kostengünstigen Anwendung von GNSS, gewinnt auch der Bedarf an präzisen Referenzstationen und präzisen Rovern zunehmend an Bedeutung.The use of global navigation satellite systems (GNSS) as a means of precise positioning, navigation and timing is increasing in a variety of use cases. In parallel with the widespread, low-cost use of GNSS, the need for precise reference stations and precise rovers is also becoming increasingly important.
Im Falle von präzisen Positionsbestimmungssystemen, wie den in der Geodäsie eingesetzten Systemen, als Referenzstationen für Internationale GNSS Services (IGS), jedoch auch als Rover für Real Time Kinematic-Anwendungen (RTK) existieren zusätzliche hohe Anforderungen an die Leistung der Antennen, die darauf abzielen, jegliche Nicht-Idealität zu minimieren. Diese Nicht-Idealitäten sind andererseits bei mobilen kostengünstigen Anwendungen sehr präsent, wodurch die erreichbare Positionsbestimmungsgenauigkeit erheblich eingeschränkt ist.In the case of precise position determination systems, such as those used in geodesy, as reference stations for international GNSS services (IGS), but also as rovers for real time kinematic applications (RTK), there are additional high demands on the performance of the antennas that are aimed at this to minimize any non-ideality. On the other hand, these non-idealities are very present in low-cost mobile applications, as a result of which the achievable position determination accuracy is considerably limited.
Beispiele für in Referenzstationen verwendete High-End-Antennen sind die AR25 Antenne von Leica und die GAL-EXP-ANT Antenne von Space Engineering s.p.a. (jetzt Airbus Italia Spa). Ein Antennendesign mit ausgezeichneter Leistung in dieser Hinsicht ist in
Obwohl bei den zuvor genannten Antennen die antennen-bezogenen Fehler sowohl hinsichtlich der Variation der Gruppenlaufzeitverzögerung (GDV), als auch der Variation der Phasenzentren (PCV) minimiert sind, sind verbleibende Fehler in der GNSS-Verarbeitungskette nicht vollständig eliminiert, wodurch die Nutzbarkeit und/oder die erreichbare Genauigkeit derartiger Stationen beeinträchtigt und/oder begrenzt werden. Zusätzlich zu den durch die Satellitenhardware, die atmosphärischen Verzögerungen (Ionosphäre und Troposphäre) und Nicht-Idealitäten des Empfängers verursachten Fehler wird ein großer Teil der verbleibenden Fehler durch Reflexionen der GNSS Signale in der unmittelbaren Nähe der Referenzstationen verursacht (die sogenannte „Mehrwegeausbreitung“). Die Mehrwegeausbreitung tritt durch die Antenne in den Empfänger ein und verursacht Fehler bei der Schätzung der Satellitenentfernung und letztlich bei der Positionsbestimmungsgenauigkeit.Although the antenna-related errors are minimized in the antennas mentioned above, both in terms of the variation in the group delay (GDV) and the variation in the phase centers (PCV), remaining errors in the GNSS processing chain are not completely eliminated, which means that the usability and / or the achievable accuracy of such stations can be impaired and / or limited. In addition to the errors caused by the satellite hardware, the atmospheric delays (ionosphere and troposphere) and non-idealities of the receiver, a large part of the remaining errors are caused by reflections of the GNSS signals in the immediate vicinity of the reference stations (the so-called "multipath propagation"). Multipath propagation enters the receiver through the antenna and causes errors in the estimation of the satellite range and ultimately in the positioning accuracy.
Dieses Problem ist wohlbekannt, und es wurden in den letzten Jahrzehnten mehrere Gegenmaßnahmen getroffen, um es zu minimieren, ohne dass jedoch eine vollständige Beseitigung gelungen ist. Ad-hoc-Antennen werden beispielsweise in Referenzstationen bodengestützter Ergänzungssysteme (ground-based augmentation systems - GBAS) verwendet, die in der Lage sind, die Mehrwegeausbreitung von negativen Elevationen auf Kosten einer sehr großformatigen und teuren Antenne stark zu reduzieren. Andererseits sind auch Verbesserungen von der Empfängerseite her verfügbar, wobei technologisch fortschrittliche Empfänger heute in der Lage sind, „Mehrwegeausbreitungsdämpfungswerkzeuge“ bereitzustellen, um die Auswirkungen eines derartigen Effekts auf die GNSS-Messungen zu verringern.This problem is well known and several countermeasures have been taken over the past few decades to minimize it, but have not succeeded in completely eliminating it. Ad-hoc antennas are used, for example, in reference stations of ground-based augmentation systems (GBAS), which are able to greatly reduce the multipath propagation of negative elevations at the expense of a very large and expensive antenna. On the other hand, improvements from the receiver side are also available, with technologically advanced receivers today being able to provide "multipath propagation attenuation tools" to reduce the impact of such an effect on GNSS measurements.
Jedoch ist das Ausmaß an Mehrwegeausbreitung, das an einer bestimmten Position (beispielsweise einem Ort, an dem eine neue Referenzstation errichtet werden soll) weiterhin schwer vorherzusagen, und die effektive Leistung kann erst nach der Errichtung ausgewertet werden, mit deutlichen Nachteile in Bezug auf Flexibilität und Kosten. Darüber hinaus ist es gegenwärtig auch noch nicht möglich, im Voraus vorherzusagen, wie andere Antennen sich an derselben Position verhalten würden, d.h. ob die Verwendung einer anderen Antenne (z. B. einer Antenne neuerer Generation) die Zurückweisung der Mehrwegeausbreitung verbessern und die verbleibenden Fehler für diese spezifische Position minimieren könnte.However, the amount of multipath that will occur at a particular location (e.g. a location where a new reference station is to be built) is still difficult to predict and the effective performance can only be evaluated after it has been set up, with significant disadvantages in terms of flexibility and Costs. In addition, it is currently not possible to predict in advance how other antennas would behave in the same position, ie whether using a different antenna (e.g. a newer generation antenna) will improve multipath rejection and the remaining errors could minimize for that specific position.
Die Autoren haben in den letzten Jahren die ersten Versuche zur Definition von Mehrwegeausbreitungsunterdrückungsfähigkeitsindikatoren (multipath suppression capability indicators - MPSI) (siehe
Obwohl generisch, bieten derartige Indikatoren eine bessere Schätzung der „intrinsischen“ Fähigkeit der Antenne zur Verhinderung von Mehrwegeausbreitung als die herkömmlicherweise verwendeten Indikatoren, die unter den Nutzern von Antennen geschaffen wurden, ohne die spezifische Natur der GNSS-Welt vollständig zu berücksichtigen (wie das Achsenverhältnis, das Front-to-Back- oder Down-to-Up-Verhältnis etc.).While generic, such indicators provide a better estimate of the antenna's “intrinsic” ability to prevent multipath than the traditionally used indicators used by antenna users without taking full account of the specific nature of the GNSS world (such as the axis ratio, the front-to-back or down-to-up ratio, etc.).
Es wurde erkannt, dass Antennen mit ähnlichen Indikatoren ein ähnliches Ausmaß an Mehrwegeausbreitung aufnehmen, wenn sie in demselben Szenario angeordnet werden.It has been recognized that antennas with similar indicators pick up a similar amount of multipath when placed in the same scenario.
Es fehlt jedoch noch immer an einem Verfahren zur geeigneten Durchführung einer Mehrwegeausbreitungscharakterisierung für einen bestimmten Installationsort einer Antenne. Ein derartiges Verfahren würde es ermöglichen, eine Art von Abbildung der Mehrwegeausbreitung, die an dem bestimmten Ort vorhanden ist, durchzuführen, und wäre in verschiedenen Anwendungen äußerst wertvoll, zum Beispiel bei der Entscheidung über die Position einer neuen Referenzstation.However, there is still a lack of a method for appropriately performing multipath propagation characterization for a particular installation location of an antenna. Such a method would make it possible to perform some sort of mapping of the multipath that is present in the particular location and would be extremely valuable in various applications, for example in deciding the position of a new reference station.
Eine weitere Anwendung könnte das Gebiet der Antennen-Roboterkalibrierung sein: in diesem Fall werden GNSS-Antennen hinsichtlich der Phasenzentren- und der Gruppenlaufzeitverzögerungsvariation mittels eines Roboterams kalibriert, der auf einem Dach angeordnet ist, auf welchem die GNSS Satelliten für die Antenne gut sichtbar sind. Durch korrektes Verarbeiten der Satellitensignale und mittels schneller Bewegungen des Roboters ist es möglich, eine Schätzung der PCV und der GDV der Antenne zu erhalten. Dieser Vorgang ist jedoch durch das an dem Ort, gegebene Ausmaß an Mehrwegausbreitung an welchem der Roboterarm angeordnet ist, beeinflusst und könnte daher von einer durch die vorliegende Erfindung erreichbare Charakterisierung der Mehrwegeausbreitungsumgebung profitieren. Dies ermöglicht eine optimale Platzierung des Roboters in dem verfügbaren Raum und/oder eine korrekte Berücksichtigung/Zurückweisung von Messungen aus Richtungen, in denen der Mehrwegeausbreitungsgrad zu hoch ist.Another application could be in the field of antenna-robot calibration: in this case, GNSS antennas are calibrated with regard to phase center and group delay variation by means of a robot am, which is arranged on a roof on which the GNSS satellites are clearly visible to the antenna. By correctly processing the satellite signals and using fast movements of the robot, it is possible to obtain an estimate of the PCV and GDV of the antenna. However, this process is influenced by the extent of multipath propagation given at the location at which the robot arm is arranged and could therefore benefit from a characterization of the multipath propagation environment that can be achieved by the present invention. This enables an optimal placement of the robot in the available space and / or a correct consideration / rejection of measurements from directions in which the multipath degree of propagation is too high.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das im Vorfeld die Auswahl einer Antenne für den Empfang von Satellitensignalen, die an einem bestimmten Ort aufgestellt werden soll, vereinfacht, wobei die Antenne geeignet sein soll, bestimmte Anforderungen hinsichtlich der Unterdrückung von Mehrwegeausbreitung zu erfüllen.An object of the present invention is to create a method that simplifies the selection of an antenna for the reception of satellite signals that is to be set up at a specific location in advance, wherein the antenna should be suitable for certain requirements with regard to the suppression of To meet multipath propagation.
Die Erfindung schafft daher ein Verfahren, das verwendbar ist, um die Mehrwegeausbreitungsumgebung an einem bestimmten Ort vor der endgültigen Installation und Einrichtung einer Referenzstation zu charakterisieren, was im Hinblick auf die Früherkennung von problematischen Stellen oder Hindernissen vorteilhaft ist.The invention therefore provides a method which can be used to characterize the multipath environment at a particular location before the final installation and establishment of a reference station, which is advantageous with regard to the early detection of problematic locations or obstacles.
Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Untersuchung der Umgebung einer Empfangsantenne für Satellitensignale hinsichtlich der Existenz der Mehrwegeausbreitung der Satellitensignale bis zu ihrem Empfang durch die Empfangsantenne vorgeschlagen, wobei bei dem Verfahren
- a) eine konfigurierbare, doppelt polarisierte Test-Empfangsantenne bereitgestellt wird, die versehen ist mit
- - einem ersten Antennenausgang für Messsignale bei Empfang von rechtszirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen,
- - einem zweiten Antennenausgang für Messsignale bei Empfang von linkszirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen,
- - einer Signaldämpfungseinheit zur Dämpfung der am zweiten Antennenausgang anstehenden Messsignale, wobei der Grad der Dämpfung zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert, der Null betragen kann, veränderbar ist, und
- - einer Empfangsabschirmanordnung, die die Auswirkungen des Empfangs von rechtszirkular und linkszirkular polarisierten Wellen aus der bezogen auf die Standorthöhe der Test-Empfangsantenne unteren Hemisphäre auf die Messsignale einschränkt oder unterdrückt,
- b) die Test-Empfangsantenne an einem Standort installiert wird,
- c) über eine Zeitdauer mit vorbestimmter Länge Messsignale am ersten Antennenausgang erfasst werden,
- d) die Messsignale am ersten Antennenausgang und am zweiten Antennenausgang der Test-Empfangsantenne überlagert erfasst werden, und zwar bei unterschiedlichen Graden der Dämpfung der Messsignale am zweiten Antennenausgang, wobei der Dämpfungsgrad ausgehend von einem Maximalwert in Richtung zu einem Minimalwert schrittweise verändert und damit die Fähigkeit der Test-Empfangsantenne, die Auswirkungen von empfangenen linkszirkular polarisierten Wellen auf die Messsignale zu unterdrücken, schrittweise verschlechtert wird und wobei für jeden veränderten Dämpfungsgrad die Messsignale an dem ersten Antennenausgang und an dem zweiten Antennenausgang für eine Zeitdauer vorbestimmter Länge überlagert erfasst werden, und
- e) wobei anhand der Messungen gemäß den Schritt d) durch geeignete Verfahren wie z.B. das Code-Minus-Carrier-Verfahren ermittelt wird, welches Ausmaß an Mehrwegeausbreitung, insbesondere der Intensität und der Empfangsrichtung, von aus der, bezogen auf die Standorthöhe der Test-Empfangsantenne, oberen Hemisphäre zur Test-Empfangsantenne gelangenden rechtszirkular und linkszirkular polarisierten Wellen am Standort existiert.
- a) a configurable, double polarized test receiving antenna is provided which is provided with
- - a first antenna output for measuring signals when receiving right-hand circularly polarized electromagnetic waves,
- - a second antenna output for measurement signals when receiving left-circular polarized electromagnetic waves,
- a signal attenuation unit for attenuating the measurement signals present at the second antenna output, the degree of attenuation being variable between a maximum value and a minimum value, which can be zero, and
- - a reception shielding arrangement which restricts or suppresses the effects of the reception of right-hand and left-hand circularly polarized waves from the lower hemisphere in relation to the altitude of the test reception antenna on the measurement signals,
- b) the test receiving antenna is installed at a location,
- c) measurement signals are recorded at the first antenna output over a period of time with a predetermined length,
- d) the measurement signals at the first antenna output and at the second antenna output of the test receiving antenna are recorded superimposed, namely with different degrees of attenuation of the measurement signals at the second antenna output, the degree of attenuation gradually changing starting from a maximum value towards a minimum value and thus the capability the test receiving antenna, to suppress the effects of received left-circular polarized waves on the measurement signals, is gradually deteriorated and for each changed degree of attenuation, the measurement signals at the first antenna output and at the second antenna output are detected superimposed for a period of predetermined length, and
- e) where, based on the measurements according to step d), suitable methods such as the code-minus-carrier method are used to determine the extent of multipath propagation, in particular the intensity and the direction of reception, from the, based on the Location height of the test receiving antenna, upper hemisphere to the test receiving antenna, right-circular and left-circular polarized waves at the location.
Zur Untersuchung der Umgebung, in der eine grundsätzlich beliebige Empfangsantenne für Satellitensignale installiert werden soll, wird erfindungsgemäß eine doppelt polarisierte Test-Empfangsantenne verwendet, die zumindest hinsichtlich der Dämpfung der Messsignale für linkszirkular polarisierte elektromagnetische Wellen einstellbar ist. Für die Ermittlung des Ausmaßes von Satellitensignal-Mehrwegeausbreitungen in der oberen Hemisphäre der Test-Empfangsantenne wird die Dämpfung von Messsignalen, die auf den Empfang von linkszirkular polarisierten Wellen zurückzuführen sind, zunächst maximal gedämpft. Damit empfängt die Antenne an ihrem ersten Ausgang Messsignale für rechtszirkular polarisierte elektromagnetische Wellen. Mit Hilfe dieser Vorgehensweise kann dann der dominante Restfehler ermittelt werden, der durch den Mehrwegeempfang von rechtszirkular polarisierten Wellen gegeben ist. Bei diesen empfangenen Wellen handelt es sich zum einen um das direkt vom Satelliten bzw. von den Satelliten empfangenen Satellitensignalen und um den Empfang solcher Signale, die mindestens zweifach, vierfach, sechsfach o.dgl. reflektiert worden sind.To investigate the environment in which any receiving antenna for satellite signals is to be installed, a double polarized test receiving antenna is used according to the invention, which is adjustable at least with regard to the attenuation of the measurement signals for left-circular polarized electromagnetic waves. To determine the extent of satellite signal multipath propagation in the upper hemisphere of the test receiving antenna, the attenuation of measurement signals that can be traced back to the reception of left-circular polarized waves is initially attenuated to the maximum. The antenna thus receives measurement signals for right-circular polarized electromagnetic waves at its first output. With the help of this procedure, the dominant residual error can then be determined, which is given by the multipath reception of right-hand circularly polarized waves. These received waves are, on the one hand, the satellite signals received directly from the satellite or from the satellites and the reception of signals that are at least twice, four times, six times or the like. have been reflected.
Im Anschluss an die bisher beschriebenen Verfahrensschritte wird dann der Dämpfungsgrad für die Messsignale am zweiten Antennenausgang schrittweise reduziert. Für jeden eingestellten Dämpfungsgrad wird, wie bereits zuvor für den maximal möglichen Dämpfungsgrad gemessen, und zwar für eine Zeitdauer vorbestimmter Länge, so dass letztendlich der gesamte „Skyplot“ abgedeckt ist, sofern dies an dem gegebenen Standort möglich ist. Anhand dieser Messungen, d.h. anhand der Messsignale an beiden Antennenausgängen werden dann für die unterschiedlichen Dämpfungsgrade der Messsignale am zweiten Antennenausgang verschiedene Messreihen entstehen. Aus diesen wird dann das Ausmaß an Mehrwegeausbreitung insbesondere hinsichtlich der Intensität und der Empfangsrichtung, aus denen die Satellitensignale gesendet wird, ermittelt, und zwar für aus der oberen Hemisphäre zur Test-Empfangsantenne gelangende rechtszirkular und linkszirkular polarisierte Wellen. Dies erfolgt beispielsweise durch Code- und Phasenmessungen, wie es bei einem Code-Minus-Carrier-Verfahren (CMC, mitunter auch als Code-Minus-Phase bezeichnet). Ein in diesem Zusammenhang beispielhaft einsetzbares Verfahren ist in CIRCIU ET AL., Development of the dual-frequency dual-constellation airborne multipath models, DOI: 10.1002/navi.344
(https://onlinelibray.wiley.com/doi/full/10.1002/navi.344) beschrieben.Following the method steps described so far, the degree of attenuation for the measurement signals at the second antenna output is then gradually reduced. For each set degree of attenuation, the maximum possible degree of attenuation is measured as before, for a period of predetermined length, so that ultimately the entire “skyplot” is covered if this is possible at the given location. On the basis of these measurements, that is to say on the basis of the measurement signals at both antenna outputs, different series of measurements are then produced for the different degrees of attenuation of the measurement signals at the second antenna output. The extent of multipath propagation is then determined from these, in particular with regard to the intensity and the direction of reception from which the satellite signals are transmitted, specifically for right-hand and left-hand circular polarized waves reaching the test receiving antenna from the upper hemisphere. This is done, for example, by means of code and phase measurements, as is the case with a code minus carrier method (CMC, sometimes also referred to as code minus phase). A method that can be used by way of example in this context is given in CIRCIU ET AL., Development of the dual-frequency dual-constellation airborne multipath models, DOI: 10.1002 / navi.344
(https://onlinelibray.wiley.com/doi/full/10.1002/navi.344).
Während dieser zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird entweder durch an der Test-Empfangsantenne vorgenommene Maßnahmen oder aber durch Maßnahmen in unmittelbarer Nähe der Test-Empfangsantenne (beispielsweise an deren Halterung) aus der unteren Hemisphäre zur Test-Empfangsantenne gelangende elektromagnetische Wellen weitestmöglich abgeschirmt. Insoweit weist die Test-Empfangsantenne eine Empfangsabschirmanordnung auf, die die Auswirkungen des Empfangs von rechtzirkular und linkszirkular polarisierten Wellen aus der bezogen auf die Standorthöhe der Test-Empfangsantenne unteren Hemisphäre auf die Messsignale an den Antennenausgängen einschränkt oder gar gänzlich unterdrückt. Beispiele für derartige Empfangsantennen sind sogenannte Choke-Ring-Antennen, wie sie bereits weiter oben erwähnt sind.During this previously described procedure according to the invention, electromagnetic waves reaching the test receiving antenna from the lower hemisphere are shielded as far as possible either by measures taken on the test receiving antenna or by measures in the immediate vicinity of the test receiving antenna (for example on its holder). In this respect, the test receiving antenna has a receiving shielding arrangement which restricts or even completely suppresses the effects of the reception of right-hand and left-hand circular polarized waves from the lower hemisphere in relation to the height of the test reception antenna on the measurement signals at the antenna outputs. Examples of receiving antennas of this type are so-called choke ring antennas, as already mentioned above.
Um nun das Ausmaß an Mehrwegeausbreitung in der unteren Hemisphäre der Test-Empfangsantenne ebenfalls ermitteln zu können, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass
- f) die Empfangsabschirmanordnung der Test-Empfangsantenne zur Erzielung unterschiedlicher Grade der Einschränkung der Auswirkung des Empfangs von rechtszirkular und linkszirkular polarisierten Wellen aus der unteren Hemisphäre auf die Messsignale veränderbar ist,
- g) der Grad der Einschränkung dieser Auswirkungen durch Veränderung der Empfangsabschirmanordnung, insbesondere in konstruktiver Art, ausgehend von einem Maximalwert bis zu einem Minimalwert, der auch Null betragen kann, schrittweise verändert wird und damit die Fähigkeit der Test-Empfangsantenne, die Auswirkungen von aus der unteren Hemisphäre zur Test-Empfangsantenne gelangenden polarisierten Wellen auf die Messsignale zu unterdrücken, schrittweise verschlechtert wird, wobei für jeden veränderten Grad der Einschränkung dieser Auswirkungen die Messsignale an dem ersten Antennenausgang für eine Zeitdauer vorbestimmter Länge erfasst werden,
- h) wobei anhand der Messungen gemäß Schritt i) ermittelt wird, welches Ausmaß an Mehrwegeausbreitung, insbesondere hinsichtlich der Intensität und der Empfangsrichtung von aus der unteren Hemisphäre zur Test-Empfangsantenne gelangenden elektromagnetische Wellen am Standort existiert,
- i) die Schritte g) und h) wiederholt werden, und zwar bei Überlagerung der Messsignale an dem ersten Antennenausgang und an dem zweiten Antennenausgang und bei unterschiedlichen Graden der Dämpfung der Messsignale an dem zweiten Antennenausgang, wobei für jeden mittels einer Änderung der Empfangsabschirmanordnung veränderten Grad der Einschränkung der Auswirkung des Empfangs von elektromagnetischen Wellen aus der unteren Hemisphäre der Dämpfungsgrad ausgehend von einem Maximalwert in Richtung zu einem Minimalwert hin verändert wird und für jeden veränderten Dämpfungsgrad die Messsignale an dem ersten Antennenausgang und an dem zweiten Antennenausgang für eine Zeitdauer vorbestimmter Länge überlagert erfasst werden,
- j) wobei anhand der Messungen gemäß den Schritten h) und i) durch ein geeignetes Verfahren, wie z.B. das Code-Minus-Carrier Verfahren, ermittelt wird, welches Ausmaß an Mehrwegeausbreitung, insbesondere hinsichtlich Intensität und Empfangsrichtung, von aus der unteren Hemisphäre zur Test-Empfangsantenne gelangenden rechtszirkular und linkszirkular polarisierten Wellen am Standort zusätzlich existiert.
- f) the reception shielding arrangement of the test reception antenna can be changed to achieve different degrees of restriction of the effect of the reception of right-hand circular and left-hand circular polarized waves from the lower hemisphere on the measurement signals,
- g) the degree of limitation of these effects by changing the receiving shielding arrangement, in particular in a constructive manner, starting from a maximum value to a minimum value, which can also be zero, is gradually changed and thus the ability of the test receiving antenna to reduce the effects of the lower hemisphere to the test receiving antenna to suppress polarized waves on the measurement signals, is gradually deteriorated, with the measurement signals being recorded at the first antenna output for a period of predetermined length for each changed degree of restriction of these effects,
- h) the measurements according to step i) being used to determine the extent to which multipath propagation exists at the location, in particular with regard to the intensity and reception direction of electromagnetic waves reaching the test receiving antenna from the lower hemisphere,
- i) steps g) and h) are repeated, namely with superimposition of the measurement signals at the first antenna output and at the second antenna output and with different degrees of attenuation of the measurement signals at the second antenna output, with for each by means of a change in the receiving shielding arrangement, the degree of restriction of the effect of the reception of electromagnetic waves from the lower hemisphere, the degree of attenuation is changed starting from a maximum value in the direction of a minimum value and the measurement signals at the first antenna output and at the second antenna output for each changed degree of attenuation are recorded superimposed for a period of predetermined length,
- j) using the measurements according to steps h) and i) using a suitable method, such as the code-minus carrier method, to determine the extent of multipath propagation, in particular with regard to intensity and reception direction, from the lower hemisphere to the test -Receiving antenna arriving right circular and left circular polarized waves at the location also exists.
Erfindungsgemäß lässt es nun die Test-Empfangsantenne zu, dass ihre Empfangsabschirmanordnung ebenfalls konfigurierbar ist. In dem Beispiel einer Choke-Ring-Antenne kann dies beispielsweise dadurch erfolgen, dass die einzelnen Ringelemente montierbar und demontierbar sind. Auch könnte die Empfangsabschirmanordnung verschieden große Abschirmscheiben aufweisen, die wahlweise montiert bzw. demontiert werden können. Die Choke-Ringe sind im Regelfall von zylindrischer Form und werden aufrechtstehend auf einer Basisplatte, auf der sich im Regelfall zentrisch das Antennenelement befindet, montiert. Die Platte bzw. Scheibe könnte beispielsweise durch horizontale Ringelemente schrittweise erweitert werden, wobei ein Erweiterungsring dann auf dem Außenrand eines weiter innen angeordneten Rings aufliegend angeordnet ist.According to the invention, the test receiving antenna now allows its receiving shielding arrangement to be configurable as well. In the example of a choke ring antenna, this can be done, for example, in that the individual ring elements can be assembled and disassembled. The receiving shielding arrangement could also have shielding disks of different sizes, which can be optionally mounted or dismantled. The choke rings are usually cylindrical in shape and are mounted upright on a base plate on which the antenna element is usually centered. The plate or disk could, for example, be expanded step-by-step by means of horizontal ring elements, an expansion ring then being arranged resting on the outer edge of a ring arranged further inside.
Die Verfahrensweise zur Ermittlung der Mehrwegeausbreitung in der unteren Hemisphäre der Test-Empfangsantenne läuft nun ähnlich ab wie oben im Zusammenhang mit der Detektion der Mehrwegeausbreitung in der oberen Hemisphäre beschrieben. Der Grad der Abschirmung hinsichtlich des Empfangs elektromagnetischer Wellen aus der unteren Hemisphäre wird durch schrittweise Änderung/Konfiguration der Empfangsabschirmanordnung verändert. Für jede derartige Empfangsabschirmanordnungskonfiguration wird nun der Dämpfungsgrad der Messsignale am zweiten Antennenausgang wiederum schrittweise verändert. Die Zeiträume, über die in all diesen verschiedenen Konfigurationszuständen der Test-Empfangsantenne gemessen wird, ist dergestalt, dass wiederum der gesamte am Standort der Test-Empfangsantenne „sichtbare Skyplot“ abgedeckt ist. Damit steht wiederum das Ausmaß an Mehrwegeausbreitung hinsichtlich Intensität und Empfangsrichtung von aus der unteren Hemisphäre zur Test-Empfangsantenne gelangenden elektromagnetischen Wellen am Standort zur Verfügung, was anhand der Messungen gemäß obiger Beschreibung erfolgt.The procedure for determining the multipath propagation in the lower hemisphere of the test receiving antenna is now similar to that described above in connection with the detection of the multipath propagation in the upper hemisphere. The degree of shielding with respect to the reception of electromagnetic waves from the lower hemisphere is changed by gradually changing / configuring the reception shielding arrangement. For each such reception shielding arrangement configuration, the degree of attenuation of the measurement signals at the second antenna output is again changed step-by-step. The periods of time over which the test receiving antenna is measured in all these different configuration states is such that the entire “visible sky plot” at the location of the test receiving antenna is covered. This in turn provides the extent of multipath propagation in terms of intensity and direction of reception of electromagnetic waves reaching the test receiving antenna from the lower hemisphere, which is done on the basis of the measurements as described above.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass sich die Maßnahmen gemäß der zuvor beschriebenen Weiterbildung der Erfindung auch realisieren lassen, ohne zuvor oder danach die Mehrwegeausbreitung in der oberen Hemisphäre der Test-Empfangsantenne zu untersuchen. Insoweit bilden also die Merkmale der hier beschriebenen Weiterbildung der Erfindung in sich einen selbstständigen Erfindungsgedanken.It should be mentioned at this point that the measures according to the above-described development of the invention can also be implemented without examining the multipath propagation in the upper hemisphere of the test receiving antenna beforehand or afterwards. To this extent, the features of the further development of the invention described here form an independent inventive concept.
Die zuvor beschriebenen Vorgehensweisen können nun für verschiedene Standorte der Test-Empfangsantenne innerhalb der zu untersuchenden Umgebung durchgeführt werden, womit es möglich ist, den „optimalen“ Standort zu ermitteln. Bei diesem optimalen Standort handelt es sich beispielsweise um den Standort mit dem geringsten Ausmaß an Auswirkungen von Mehrwegea usbreitu ng.The procedures described above can now be carried out for different locations of the test receiving antenna within the environment to be examined, which makes it possible to determine the “optimal” location. This optimal location is, for example, the location with the lowest degree of effects from multipath propagation.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das gemäß Schritt e) ermittelte Ausmaß an Mehrwegeausbreitung von dem gemäß Schritt j) ermittelten Ausmaß an Mehrwegeausbreitung subtrahiert wird, so dass sich dasjenige Ausmaß an Mehrwegeausbreitung ergibt, das in Bezug auf aus der unteren Hemisphäre zur Test-Empfangsantenne gelangenden rechtszirkular und linkszirkular polarisierten Wellen existiert.In a further expedient embodiment of the invention, it can be provided that the amount of multipath propagation determined in accordance with step e) is subtracted from the amount of multipath propagation determined in accordance with step j), so that the amount of multipath propagation that results in relation to from the lower hemisphere Right circular and left circular polarized waves reaching the test receiving antenna exist.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Dämpfung der Messsignale am zweiten Antennenausgang in einer mit diesem Antennenausgang verbundenen Signalverarbeitungseinheit und/oder einem Empfänger der Test-Empfangsantenne durch wahlweises Aktivieren von elektrischen Dämpfungsgliedern o.dgl. Verlustleistung erzeugenden elektrischen Bauelementen erfolgt.In a further expedient embodiment of the invention it can be provided that the attenuation of the measurement signals at the second antenna output in a signal processing unit connected to this antenna output and / or a receiver of the test receiving antenna by optional activation of electrical attenuators or the like. Power loss generating electrical components takes place.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die überlagerte Erfassung der Messsignale an dem ersten Antennenausgang und an dem zweiten Antennenausgang die Kombination, insbesondere die Addition der Energien dieser Messsignale in einem sogenannten Leistungs-Kombinierer umfasst.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the superimposed acquisition of the measurement signals at the first antenna output and at the second antenna output includes the combination, in particular the addition of the energies of these measurement signals in a so-called power combiner.
Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass anhand der in dem Schritt f) und/oder in dem Schritt k) ermittelten Ausmaß an Mehrwegeausbreitung eine 3D-Karte der Umgebung der Test-Empfangsantenne, gegebenenfalls für mehrere Standorte, ermittelt wird.According to an advantageous further embodiment of the invention, it can be provided that a 3D map of the surroundings of the test receiving antenna, possibly for several locations, is determined based on the extent of multipath propagation determined in step f) and / or in step k).
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Empfangsabschirmanordnung der Test-Empfangsantenne wahlweise an dieser anbringbare Abschirmelemente aus elektrisch leitendem Material und/oder mit Beschichtungen aus elektrisch leitendem Material wie z.B. Scheiben, Platten, Ringe aufweist, wobei zur Veränderung des Grads der Auswirkungen des Empfangs von aus der unteren Hemisphäre zur Test-Empfangsantenne gelangenden rechtszirkular und/oder linkszirkular polarisierten Wellen jeweils ein anderes der Abschirmelemente oder jeweils mehrere der Abschirmelemente angebracht werden. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung und gemäß den weiter oben beschriebenen Merkmalen der verwendeten Test-Empfangsantenne umfasst die Erfindung als weiteren selbstständigen Gedanken eine konfigurierbare, doppelt polarisierte Empfangsantenne, die beispielsweise zu Testzwecken verwendbar ist.In a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that the Receiving shielding arrangement of the test receiving antenna optionally on this attachable shielding elements made of electrically conductive material and / or with coatings made of electrically conductive material such as discs, plates, rings, whereby to change the degree of the effects of the reception from the lower hemisphere to the test receiving antenna Arriving right-circular and / or left-circular polarized waves each have a different one of the shielding elements or several of the shielding elements are attached. According to this embodiment of the invention and according to the above-described features of the test receiving antenna used, the invention comprises, as a further independent concept, a configurable, doubly polarized receiving antenna which can be used for test purposes, for example.
So gesehen betrifft die Erfindung also ein Verfahren zur 3D-Charakterisierung der Mehrwegeausbreitungsumgebung an einem gegebenen Standort, an dem eine Antenne installiert werden soll.Seen in this light, the invention thus relates to a method for the 3D characterization of the multipath propagation environment at a given location at which an antenna is to be installed.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, im Vorfeld der Standortbestimmung für eine Satellitensignal-Empfangsantenne untersuchen zu können, welche Situation hinsichtlich der Mehrwegeausbreitung von Satellitensignalen am Standort existiert, um dann anhand der Antennendiagramme der Empfangsantennen entscheiden zu können, welche Empfangsantenne sich für den Standort eignet. Dies ist insbesondere für IGS-Referenzstationen von Interesse. Die Vorab-Untersuchungen erfolgen erfindungsgemäß mit einer doppelt polarisierten Test-Empfangsantenne. Es sei darauf hingewiesen, dass die am Standort letztendlich installierte Empfangsantenne nicht zwingend zwei Antennenausgänge, wie beispielsweise bei einer doppelt polarisierten Empfangsantenne, aufweisen muss. Entscheidend ist, dass die sogenannten MPSI-Parameter der Kandidaten von Empfangsantennen bekannt sind, unter denen ausgewählt werden soll, welche dieser Empfangsantennen installiert werden soll. Anhand der Informationen über die MPSI-Parameter der Antennen kann nun im Vorfeld festgestellt werden, welchen Einfluss auf den Empfang von elektromagnetischen Wellen die Mehrwegeausbreitung am Standort der Test-Empfangsantenne auf die ausgewählte Empfangsantenne haben wird. Somit ist es möglich, im Vorfeld diejenige Empfangsantenne auszuwählen, die angesichts der erfindungsgemäßen Charakterisierung der Umgebung, die den an die Empfangsantenne gestellten Anforderungen genügenden MPSI-Parameter aufweist.The advantage of the invention is in particular to be able to examine in advance of the location determination for a satellite signal receiving antenna which situation exists with regard to the multipath propagation of satellite signals at the location in order to then be able to decide on the basis of the antenna diagrams of the receiving antennas which receiving antenna is suitable for the location . This is of particular interest for IGS reference stations. According to the invention, the preliminary examinations are carried out with a double polarized test receiving antenna. It should be pointed out that the receiving antenna ultimately installed at the location does not necessarily have to have two antenna outputs, as is the case with a double-polarized receiving antenna, for example. It is crucial that the so-called MPSI parameters of the candidates for receiving antennas are known, among which it is to be selected which of these receiving antennas is to be installed. Based on the information about the MPSI parameters of the antennas, it can now be determined in advance what influence the multipath propagation at the location of the test receiving antenna will have on the reception of electromagnetic waves on the selected receiving antenna. It is thus possible in advance to select that receiving antenna which, in view of the characterization of the environment according to the invention, has the MPSI parameters that satisfy the requirements placed on the receiving antenna.
Das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist also eine 3D-Karte der Umgebung der Test-Empfangsantenne über die Intensität der Mehrwegesignalausbreitung in Abhängigkeit von dem Raumwinkel (Himmelsrichtung). Diese Untersuchungen werden durchgeführt, um im Vorfeld entscheiden zu können, welche Empfangsantenne am Standort der Test-Empfangsantenne zu installieren ist. Die infrage kommenden Empfangsantennen sind hinsichtlich Ihrer MPSI-Parameter qualifiziert. Diese Parameter geben an, um wieviel die Antenne in Abhängigkeit von der Einfallsrichtung Signale dämpft. Durch die erfindungsgemäße Untersuchung weiß man also anhand der MPSI-Parameter einer zu installierenden Antenne, in welchem Ausmaß sie den Empfang von Mehrwegesignalausbreitungen unterdrücken kann, und zwar in Abhängigkeit vom Raumwinkel (Himmelsrichtung). Somit kann man also mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die unter vorgegebenen Randbedingungen bestmögliche Empfangsantenne auswählen, bevor diese Antenne installiert wird. Dies ist ein Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, wonach erst nach Installation einer Empfangsantenne erkannt werden kann, inwieweit die Empfangsantenne in Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Signale diese unterdrücken kann.The result of the method according to the invention is therefore a 3D map of the surroundings of the test receiving antenna over the intensity of the multipath signal propagation as a function of the solid angle (direction of the compass). These examinations are carried out in order to be able to decide in advance which receiving antenna is to be installed at the location of the test receiving antenna. The receiving antennas in question are qualified with regard to their MPSI parameters. These parameters indicate by how much the antenna attenuates signals depending on the direction of incidence. The investigation according to the invention therefore uses the MPSI parameters of an antenna to be installed to know the extent to which it can suppress the reception of multipath signal propagation, specifically as a function of the solid angle (direction of the compass). Thus, with the aid of the method according to the invention, the best possible receiving antenna can be selected under given boundary conditions before this antenna is installed. This is an advantage over the prior art, according to which it is only possible to detect after a receiving antenna has been installed to what extent the receiving antenna can suppress the signals as a function of the angle of incidence.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels für eine Test-Empfangsantenne, die in der Zeichnung dargestellt ist, beschrieben. Im Einzelnen zeigen dabei:
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1 eine perspektivische Ansicht auf die konfigurierbare, doppelt polarisierte Test-Empfangsantenne und -
2 eine Draufsicht auf die Test-Empfangsantenne in Richtung des Pfeils II der1 .
-
1 a perspective view of the configurable, double polarized test receiving antenna and -
2 a plan view of the test receiving antenna in the direction of arrow II of FIG1 .
Wie zuvor erwähnt, basiert das erfindungsgemäße Verfahren auf der Verwendung einer doppelt polarisierten Test-Empfangsantenne, d.h. einer GNSS-Antenne (die bei den interessierenden GNSS-Bändern korrekt arbeitet) mit zwei Ausgängen für die RHCP- bzw. LHCP-Felder, die zur Rekonfiguration auf andere Leistungspegel geeignet sind. Die Konfigurierbarkeit umfasst die Polarisationsreinheit und die rückwärtige Keule, d.h. die beiden Haupt-Antennenparameter, welche jeweils die Fähigkeit zur Unterdrückung der Mehrwegeausbreitung aus der oberen Hemisphäre und aus der unteren Hemisphäre beeinflussen. Vorteilhafterweise sollte eine derartige Antenne eine ausgezeichnete Stabilität hinsichtlich des Phasenzentrums und der Gruppenlaufzeitverzögerung (,um die durch die GNSS-Antenne selbst bedingten Fehler in den GNSS-Messungen auf ein Minimum zu reduzieren,) und hinsichtlich einer herausragenden Polarisationsreinheit aufweisen, derart, dass kreuzpolare Signale stark gedämpft werden (d.h., dass LHCP-Signale durch den RHCP-Ausgang stark gedämpft werden und umgekehrt).As mentioned above, the method according to the invention is based on the use of a double polarized test receiving antenna, ie a GNSS antenna (which works correctly for the GNSS bands of interest) with two outputs for the RHCP and LHCP fields, which are used for reconfiguration are suitable for other power levels. The configurability includes the polarization purity and the back lobe, i.e. the two main antenna parameters that influence the ability to suppress multipath propagation from the upper hemisphere and from the lower hemisphere, respectively. Advantageously, such an antenna should have excellent stability in terms of phase center and group delay (in order to reduce the errors in the GNSS measurements caused by the GNSS antenna itself to a minimum) and in terms of outstanding polarization purity, such that cross-polar signals be heavily attenuated (ie LHCP signals are heavily attenuated by the RHCP output and vice versa).
Wie zuvor erläutert, hängt das Ausmaß an Mehrwegeausbreitung, das eine Antenne unterdrücken kann, direkt mit ihren MPSI zusammen. Die MPSI sind für jeden Mehrwegeausbreitungstyp (von unten, von oben ...) definiert, und der entsprechende Mehrwegausbreitungstyp wird in jedem einzelnen Fall gewählt.As previously explained, the amount of multipath that an antenna can suppress is directly related to its MPSI. The MPSI are for each type of multipath propagation (from below, from above ...), and the corresponding multipath propagation type is selected in each individual case.
Ein Ausführungsbeispiel einer Test-Empfangsantenne, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann, ist im Folgenden beschrieben.An exemplary embodiment of a test receiving antenna which can be used in the method according to the invention is described below.
In
In der Situation gemäß den
Die beiden Ausgänge der Empfangsantenne
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet diese zuvor beschriebenen bevorzugten Merkmale der Test-Empfangsantenne, indem diese für einen mehrstufigen Kalibrierungsvorgang verwendet werden. Ein Beispiel für einen derartigen Vorgang als ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden beschrieben:An exemplary embodiment of the method according to the invention uses these previously described preferred features of the test receiving antenna by using them for a multi-stage calibration process. An example of such a process as an embodiment of the method according to the invention is described below:
KALIBRIERUNG DER AUS POSITIVEN ELEVATIONEN (OBERE HEMISPHÄRE) KOMMENDEN MEHRWEGEAUSBREITUNGCALIBRATION OF THE MULTI-PATH SPREAD COMING FROM POSITIVE ELEVATIONS (UPPER HEMISPHERE)
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1. Die Antenne wird zuerst mit einer „Struktur zur Unterdrückung negativer Elevations-Mehrwegeausbreitung“, wie einem Choke-Ring oder den in dem Patent
DE 10 2017 217 117 B3 patent DE described structures are provided to minimize the reception of any signals impinging on the antenna from below.10 2017 217 117 B3 - 2. Die Antenne wird sodann an der zu untersuchenden bzw. charakterisierenden Stelle installiert, und die Position der Antenne in der geografischen Breite, Länge und Höhe wird genau gemessen (die Höhe ist bei diesem Vorgang besonders wichtig). Ihr RHCP-Ausgang wird mit einem GNSS-Empfänger verbunden und GNSS-Messungen werden über einen Zeitraum gesammelt, der ausrechend lang ist, um die gesamte „Himmelsfläche“ (den sogenannten „Sky Plot“), soweit an dem gegebenen Standort möglich, abzudecken. Bei der Auswertung der verbleibenden Fehler in den GNSS-Messungen, beispielsweise durch das Durchführen einer Code-Minus-Carrier-Verarbeitung und das Entfernen weiterer Fehler (beispielsweise durch Verfahren zur präzisen Punktpositionierung (Precise Point Positioning - PPP) oder durch Verwendung doppelfrequenter ionosphärischer Korrekturen und dergleichen), sind die vorherrschenden Fehler auf die Mehrwegeausbreitung zurückzuführen, die auf die Antenne mit RHCP (aufgrund ihrer sehr hohen Polarisationsreinheit, weshalb LHCP-Komponenten unterdrückt werden, d.h. gewährleistet ist, dass jegliche polarisierte LHCP-Mehrwegeausbreitung durch die Antenne selbst gedämpft wird) aus Richtungen über dem Antennenhorizont auftreffen (aufgrund ihrer sehr guten Unterdrückung der aus negativen Elevationen auftreffenden Felder).2. The antenna is then installed at the point to be examined or characterized, and the position of the antenna in latitude, longitude and height is measured precisely (the height is particularly important in this process). Your RHCP output is connected to a GNSS receiver and GNSS measurements are collected over a period of time that is sufficiently long to cover the entire "sky plot" (the so-called "sky plot") as far as possible at the given location. When evaluating the remaining errors in the GNSS measurements, for example by carrying out code minus carrier processing and removing further errors (for example by methods for precise point positioning (PPP) or by using double-frequency ionospheric corrections and the predominant errors are due to the multipath propagation caused by the antenna with RHCP (due to its very high polarization purity, which is why LHCP components are suppressed, i.e. it is ensured that any polarized LHCP multipath propagation is attenuated by the antenna itself) Directions above the antenna horizon impinge (due to their very good suppression of the fields impinging from negative elevations).
- 3. Das Ausgangssignal des LHCP-Ausgangs der Antenne wird sodann unter Verwendung eines Leistungskopplers („Power-Combiner“) zu dem Ausgangssignal des RHCP-Ausgangs addiert. Dieser Schritt wird unter Hinzufügung eines variablen Dämpfers an dem LHCP-Ausgang durchgeführt: hierdurch stellt das kumulative Ausgangssignal ein stetig weiter degradiertes Antennendiagramm dar, wenn der LHCP-Anteil progressiv erhöht wird. Auf diese Weise wird die Mehrwegeausbreitungsunterdrückungsfähigkeit der Antenne (für die obere Hemisphäre) künstlich degradiert (d.h. der MPSI verschlechtert sind). Dies wiederum führt aufgrund der progressiven Verringerung der Antennendämpfung von LHCP-Komponenten zu einem anderen (größeren) Ausmaß an Mehrwegeausbreitung, das in den GNSS-Messungen erkennbar ist.3. The output of the antenna's LHCP output is then used of a power coupler ("power combiner") added to the output signal of the RHCP output. This step is carried out with the addition of a variable attenuator at the LHCP output: as a result, the cumulative output signal represents a continuously degraded antenna pattern when the LHCP component is progressively increased. In this way the multipath suppression capability of the antenna (for the upper hemisphere) is artificially degraded (ie the MPSI are degraded). This in turn leads to a different (greater) degree of multipath propagation due to the progressive reduction in the antenna attenuation of LHCP components, which can be seen in the GNSS measurements.
- 4. Durch Verwenden der in den Schritten 2 und 3 erhaltenen Messungen ist es möglich, das Ausmaß an Mehrwegeausbreitung, das die Antenne an den Empfänger weiterleitet, für verschiedene MPSI-Grade zu schätzen. Derartige Schätzungen sind sodann eine Art von „Katalog“ der Mehrwegeausbreitungsumgebung in dieser spezifischen Installation für Antennen mit derartigen MPSI-Graden.4. Using the measurements obtained in steps 2 and 3, it is possible to estimate the amount of multipath that the antenna will relay to the receiver for different MPSI grades. Such estimates are then a kind of “catalog” of the multipath environment in that specific installation for antennas with such MPSI grades.
- 5. Die Schritte 1 bis 3 können danach für verschiedene Positionen in dem verfügbaren Installationsbereich wiederholt werden, um die Konfiguration zu identifizieren, in der (für denselben MPSI-Grad) minimale Mehrwegeausbreitung aufgezeichnet wird.5. Steps 1 to 3 can then be repeated for different positions in the available installation area to identify the configuration in which (for the same MPSI level) minimum multipath is recorded.
KALIBRIERUNG DER AUS NEGATIVEN ELEVATIONEN (UNTERE HEMISPHÄRE) KOMMENDEN MEHRWEGEAUSBREITUNGCALIBRATION OF THE MULTI-PATH SPREAD COMING FROM NEGATIVE ELEVATIONS (LOWER HEMISPHERE)
- 1. Die Antenne wird nun mit einer anderen (oder mehreren anderen, eine nach der anderen) Struktur (Grundplatte oder Massefläche) versehen, die ausdrücklich NICHT vollständig in der Lage ist, aus negativen Elevationen kommende Mehrwegeausbreitungen zu unterdrücken. Eine derartige Struktur könnte beispielsweise eine „rekonfigurierbare“ Choke-Ringstruktur sein, bei welcher die Ringe in zunehmenden Maße entfernt werden können, wodurch die Unterdrückung der Mehrwegeausbreitung aus negativen Elevationen zunehmend weniger effektiv sind. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können verschiedene Metallplatten verwendet werden, die verschiedene Grade der Rückkeulenunterdrückung (und somit der Unterdrückung der negativen Elevations-Mehrwegeausbreitung) bereitstellen.1. The antenna is now provided with another (or several other, one after the other) structure (base plate or ground plane), which is expressly NOT fully capable of suppressing multipath propagation coming from negative elevations. Such a structure could, for example, be a “reconfigurable” choke ring structure in which the rings can be increasingly removed, as a result of which the suppression of multipath propagation from negative elevations is increasingly less effective. In another embodiment, different metal plates can be used that provide different degrees of back lobe suppression (and thus suppression of negative elevation multipath).
- 2. Ähnlich dem Schritt 2 im Abschnitt A wird die derart konfigurierte Antenne anschließend an dem zu charakterisierenden bzw. untersuchenden Ort installiert und (nur über den RHCP-Ausgang) mit dem GNSS-Empfänger verbunden, um für jede der Antennenkonfigurationen GNNS-Messungen über den gesamten Himmelsbereich zu sammeln.2. Similar to step 2 in section A, the antenna configured in this way is then installed at the location to be characterized or examined and (only via the RHCP output) connected to the GNSS receiver in order to carry out GNNS measurements for each of the antenna configurations via the collect the entire sky.
- 3. Schritt 2 wird mit anderen Grundplatten (anderen Konfigurationen) der „rekonfigurierbaren“ Choke-Ring-Struktur wiederholt, um eine Mehrwegeausbreitungskarte für verschiedene MPSI für negative Elevationen zur Verfügung zu haben.3. Step 2 is repeated with other baseplates (other configurations) of the "reconfigurable" choke ring structure in order to have a multipath map for different MPSI for negative elevations.
- 4. Schritte 2 und 3 können sodann wiederholt werden, indem für jede Konfiguration aus Antenne und Grundplatte erneut verschiedene Kombinationen von RHCP-Ausgang und LHCP-Ausgang verwendet werden, um verschiedene Level der beiden in der unteren Hemisphäre zu erhalten.4. Steps 2 and 3 can then be repeated using different combinations of RHCP output and LHCP output again for each antenna and baseplate configuration to obtain different levels of the two in the lower hemisphere.
- 5. Bei dieser Reihe von Messungen wird die Antenne solchen Mehrwegeausbreitungen ausgesetzt, die sowohl aus negativen Elevationen (aufgrund der Ad-hoc-Grundplatte), als auch aus positiven Elevationen kommen. Um eine Schätzung der nur aus negativen Elevationen kommenden Mehrwegeausbreitung zu erhalten, können die im vorhergehenden Teil der Kalibrierung durchgeführten Messungen (Teil A, betreffend positive Elevationen) verwendet und von den Messungen des Teils B subtrahiert werden, um so eine Aussage über die nur aus negativen Elevationen kommende Mehrwegeausbreitung zu erhalten.5. In this series of measurements, the antenna is exposed to such multipath propagations that come from both negative elevations (due to the ad-hoc base plate) and positive elevations. In order to obtain an estimate of the multipath propagation coming only from negative elevations, the measurements carried out in the previous part of the calibration (part A, relating to positive elevations) can be used and subtracted from the measurements of part B to provide a statement about those only from negative elevations Elevations to receive future multipath propagation.
VORHERSAGE DES MEHRWEGAUSBREITUNGSFEHLERS FÜR WEITERE KANDIDATENANTENNENPREDICTION OF REPRODUCTION FAILURE FOR OTHER CANDIDATE ANTENNAS
Die „Karten“ der Mehrwegeausbreitung, die in den vorherigen Schritten für verschiedene MPSI-Grade erhalten wurden, können sodann verwendet werden, um die Leistung vorherzusagen, welche eine (oder mehrere) weitere Antenne (im Folgenden „Kandidatenantenne“ genannt) haben würden, sobald sie an derselben Stelle installiert sind. Hierzu muss die (auf dem Halter, der tatsächlich bei der Installation verwendet wird, montierte) Kandidatenantenne lediglich in einer schalltoten Kammer gemessen werden, um in der Lage zu sein, ihre MPSI sowohl für positive, als auch negative Elevationen auszuwerten.The multipath "maps" obtained in the previous steps for different MPSI grades can then be used to predict the performance that one (or more) additional antennas (hereinafter referred to as "candidate antennas") would have once they are installed in the same place. For this purpose, the candidate antenna (mounted on the holder that is actually used during installation) only needs to be measured in an anechoic chamber in order to be able to evaluate its MPSI for both positive and negative elevations.
Es ist sodann möglich, die Mehrwegeausbreitungsleistung der Kandidatenantenne vorherzusagen, indem die Mehrwegeausbreitungsschätzungen, die in den Schritten 1 bis 3 des Teils A und/oder B erhalten wurden, verwendet werden, welche dem MPSI-Grad entsprechen, welcher der einen der Kandidatenantennen am nächsten ist.It is then possible to predict the multipath performance of the candidate antenna using the multipath estimates obtained in steps 1 to 3 of part A and / or B, which correspond to the MPSI level which is closest to the one of the candidate antennas .
Dieser Punkt ist besonders vorteilhaft, da er eine Vorhersage der Antennenleistung ermöglicht, ohne die Notwendigkeit, diese an dem (entfernten) Ort zu installieren.This point is particularly advantageous as it enables the antenna performance to be predicted, without the need to install them in the (remote) location.
Das beschriebene Verfahren hat eine allgemeine Gültigkeit und ermöglicht die Erlangung wertvoller Informationen des Eintreffens von Satellitensignalen aus sämtlichen Richtungen. Durch seine Anwendung ist es ebenfalls möglich, Bereiche der Himmelsfläche zu identifizieren, die von der Mehrwegeausbreitung besonders betroffen sind, und diese eingehender zu analysieren oder eventuell sogar aus der PNT-Verarbeitung auszuschließen.The method described has general validity and enables valuable information to be obtained about the arrival of satellite signals from all directions. Using it, it is also possible to identify areas of the sky that are particularly affected by multipath propagation and to analyze them in more detail or even to exclude them from the PNT processing.
Durch die Verwendung von nicht-omnidirektionalen Antennen, sondern von direktionalen Antennen (,welche weiterhin dieselben zuvor beschriebenen Merkmale aufweisen, jedoch in einem begrenzten Winkelbereich,) ist es andererseits möglich, die zuvor genannten „Mehrwegeausbreitungskarten“ für sehr spezifische Bereiche zu erhalten, beispielsweise für die Winkelbereiche, die im Hinblick auf die Mehrwegeausbreitung an diesem spezifischen Standort am interessantesten sind.By using non-omnidirectional antennas, but rather directional antennas (which continue to have the same characteristics as described above, but in a limited angular range), on the other hand, it is possible to obtain the aforementioned "multipath maps" for very specific areas, for example for the angular ranges that are most interesting in terms of multipath propagation at that specific location.
In diesem Fall könnte die Antenne als eine „rekonfigurierbare Mehrwegeausbreitungssonde“ interpretiert werden, die in der Lage ist, das Ausmaß an Mehrwegeausbreitung, das an einer gegebenen Position existiert und aus einer gegebenen Winkelrichtung kommt, zu schätzen. Gegebenenfalls könnte die leitende Antenne sodann winkelmäßig bewegt werden, um die Analyse für mehrere Winkelsektoren durchzuführen. Dies würde zu einer noch genaueren Mehrwegeausbreitungskarte der Umgebung auf Kosten eines aufwendigeren Vorgangs führen.In this case, the antenna could be interpreted as a "reconfigurable multipath probe" capable of estimating the amount of multipath that exists at a given position and comes from a given angular direction. Optionally, the conductive antenna could then be angularly moved to perform the analysis for multiple angular sectors. This would lead to an even more precise multipath map of the environment at the expense of a more complex process.
Der letztere Vorgang könnte beispielsweise verwendet werden, um eine Mehrwegeausbreitungskarte des Standorts der Roboter, die zur Kalibrierung der GNSS-Antennen verwendet werden, dort zu erzeugen, wo tatsächlich die Möglichkeit, die Antenne in präziser Weise zu drehen, durch den Roboter gewährleistet ist und die Notwendigkeit groß ist, die Umgebung genauer zu untersuchen, um die Genauigkeit der Roboterkalibrierungen zu gewährleisten.The latter process could be used, for example, to generate a multipath map of the location of the robots used to calibrate the GNSS antennas, where the robot actually has the ability to rotate the antenna in a precise manner and the There is a great need to examine the environment more closely to ensure the accuracy of the robot calibrations.
BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE LIST
- 1010
- EmpfangsantenneReceiving antenna
- 1212th
- BetonsockelConcrete base
- 1414th
- Erdbodenground
- 1616
- AntennenelementAntenna element
- 1818th
- Scheibedisc
- 2020th
- RingelementeRing elements
- 2222nd
- AbschirmelementeShielding elements
- 2424
- EmpfangsabschirmanordnungReception shielding arrangement
ABKÜRZUNGSVERZEICHNISLIST OF ABBREVIATIONS
- GNSSGNSS
- global navigation satellite systemglobal navigation satellite system
- IGSIGS
- International GNNS ServicesInternational GNNS Services
- RTKRTK
- Real Time KinematicReal time kinematic
- GDVGDV
- Group Delay VariationGroup delay variation
- PCVPCV
- Phase Center VariationPhase center variation
- GBASGBAS
- ground based augmentation systemground based augmentation system
- MPSIMPSI
- multipath suppression capability indicatorsmultipath suppression capability indicators
- RHCPRHCP
- right hand circular polarizedright hand circular polarized
- LHCPLHCP
- left hand circular polarizedleft hand circular polarized
- PPPPPP
- precise point positioningprecise point positioning
LITERATURVERZEICHNISBIBLIOGRAPHY
-
DE 10 2017 217 117 B3
DE 10 2017 217 117 B3 -
S. Caizzone, M.-S. Circiu, W. Elmarissi, C. Enneking, M. Felux, K. Yinusa, „Multipath Rejection Capability Analysis of GNSS Antennas“, Proc. of ION GNSS+ 2018 , Miami (USA), Sept. 2018S. Caizzone, M.-S. Circiu, W. Elmarissi, C. Enneking, M. Felux, K. Yinusa, “Multipath Rejection Capability Analysis of GNSS Antennas”, Proc. of ION GNSS + 2018, Miami (USA), Sept. 2018 -
CIRCIU ET AL., Development of the dual-frequency dual-constellation airborne multipath models, DOI: 10.1002/navi.344 CIRCIU ET AL., Development of the dual-frequency dual-constellation airborne multipath models, DOI: 10.1002 / navi.344
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102017217117 B3 [0004, 0039]DE 102017217117 B3 [0004, 0039]
Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- S. Caizzone, M.-S. Circiu, W. Elmarissi, C. Enneking, M. Felux, K. Yinusa, „Multipath Rejection Capability Analysis of GNSS Antennas“, Proc. of ION GNSS+ 2018, Miami (USA), Sept. 2018 [0008, 0046]S. Caizzone, M.-S. Circiu, W. Elmarissi, C. Enneking, M. Felux, K. Yinusa, “Multipath Rejection Capability Analysis of GNSS Antennas”, Proc. of ION GNSS + 2018, Miami (USA), Sept. 2018 [0008, 0046]
- CIRCIU ET AL., Development of the dual-frequency dual-constellation airborne multipath models, DOI: 10.1002/navi.344 [0046]CIRCIU ET AL., Development of the dual-frequency dual-constellation airborne multipath models, DOI: 10.1002 / navi.344 [0046]
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