CN103050768B - 天线安装方法、天线装置及卫星导航接收设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线安装方法。该方法包括测量天线的物理中心；确定天线在天线壳体底座上的水平安装位置，使得天线的物理中心与天线壳体的中心轴线之间不重合并至少具有最小水平间隔距离；确定天线在天线壳体底座上的竖直安装位置，使得天线到底座的竖直间隔距离在天线壳体内的有效安装范围内选取。通过上述方式，本发明的天线安装方法能够增强天线相位中心在天线壳体内的隐蔽性和位置不确定性，并具有实现简单、安装灵活的优势。本发明还公开了一种天线装置和卫星导航接收设备。

Description

天线安装方法、天线装置及卫星导航接收设备

技术领域

本发明涉及卫星导航领域，特别是涉及一种天线安装方法和天线装置，还涉及一种采用上述天线装置的卫星导航接收设备。

背景技术

随着卫星导航定位及授时设备在国民经济领域中的广泛应用，一些重要产业部门对卫星导航定位及授时设备的依赖性大大增强，同时对这些设备的工作安全性也有较高要求。

除了由于电磁兼容性原因造成的一般干扰外，还包括一些人为的恶意干扰，这种恶意干扰包括欺骗式干扰，特别是与到达接收天线的卫星导航信号的载波保持固定相位关系的虚假信号具有较强的欺骗性。

卫星导航及授时设备的接收天线通常包括有源和无源两种天线，这两种天线并不是直接置于室外环境中，而是通常安装在一个密闭的天线壳体内，从而构成一个天线装置。在现有技术中，基于天线装置生产及安装的方便，以及减小天线壳体对接收天线方向图的影响，接收天线的物理中心一般与天线壳体的中心轴线重合。这种天线装置尽管有方便实用的优势，但这种结构也导致一些恶意欺骗者通过对天线壳体的外部观测，比较容易测得天线壳体内部接收天线的物理中心和相位中心，并由此产生与到达接收天线的导航卫星信号的载波保持固定相位关系的虚假信号，此处我们称其为“载波相干式欺骗”信号，对卫星导航及授时设备进行欺骗，使之产生错误的定位或授时信息。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种天线安装方法及天线装置，通过该天线安装方法及天线装置能够增强接收天线物理中心及相位中心的不确定性，降低通过外部观测确定接收天线物理中心及相位中心的概率，让欺骗者难以使其发射的欺骗信号在到达接收天线时与真实导航卫星信号在载波相位上保持相对固定的相位关系，提高了卫星导航及授时设备的抗载波相干式欺骗的能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种天线安装方法，将该天线固定安装在密闭的天线壳体内，该天线壳体包括底座和密封罩，并且是以该天线壳体的中心轴线为对称轴的圆对称结构，该方法包括：

测量该天线的物理中心；

确定该天线在该天线壳体底座上的水平安装位置，使得该天线的物理中心与该天线壳体的中心轴线之间不重合并至少具有最小水平间隔距离，该密封罩不透明，该最小水平间隔距离为该天线接收的信号载波波长的四分之一。

在本发明天线安装方法的另一实施例中，还包括，随机确定该天线在该天线壳体底座上的竖直安装位置，并使得该天线到该底座的竖直间隔距离在该天线壳体内的有效安装范围内选取。

在本发明天线安装方法的另一实施例中，该最小水平间隔距离为5厘米。

本发明还提供了一种天线装置，包括天线和用于固定该天线的天线壳体，该天线壳体包括底座和密封罩，并且是以该天线壳体的中心轴线为对称轴的圆对称结构，该天线固定在该天线壳体的底座上，该天线的物理中心与该天线壳体的中心轴线之间不重合并至少具有最小水平间隔距离，该密封罩不透明，该最小水平间隔距离为该天线接收的信号载波波长的四分之一。

在本发明天线装置的另一实施例中，该天线到该底座的竖直间隔距离在天线壳体内的有效安装范围内随机选取。

在本发明天线装置的另一实施例中，该最小水平间隔距离为5厘米。

在本发明天线装置的另一实施例中，该底座设置有螺柱，该天线通过螺钉固定在该螺柱上，该竖直间隔距离是该螺柱的高度。

在本发明天线装置的另一实施例中，该底座设置有螺柱，该螺柱上有垫柱，该天线通过螺钉固定在该垫柱上，该竖直间隔距离等于该螺柱与该垫柱高度之和。

本发明还提供一种卫星导航接收设备，该卫星导航接收设备包括前述的天线装置。

本发明的有益效果是：通过提供本发明天线安装方法和天线装置，天线在天线壳体中的安装位置与天线壳体的对称结构没有相关性，并且可以做到因天线装置不同，其中天线在天线壳体的安装结构不同，做到了天线相位中心的隐蔽性和随机性，并且具有实现简单、安装灵活的优势。

附图说明

图1是根据本发明天线安装方法一优选实施例的流程示意图；

图2是根据本发明天线装置一实施例的截面示意图；

图3是图2所示天线装置的俯视示意图，为了便于表达，图中特别省去了天线装置的密封罩。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

图1显示了本发明天线安装方法的一个优选实施例的流程示意图。在该实施例中，需要将天线安装在一个密闭的天线壳体内，该天线壳体包括底座和密封罩，并且该天线壳体的底座和密封罩都是以其中心轴线为对称轴的圆对称结构。此处所谓圆对称结构，是指底座和密封罩的任一水平截面的外部边缘均是圆形，圆心在该中心轴线上。在步骤S101中，首先要测量确定该天线的物理中心，作为卫星导航设备的接收天线既可以是有源天线也可以是无源天线，这种天线具有一定的形状，如方形、圆形，通常该天线的物理中心也就是该天线的几何结构中心，如圆形天线则其物理中心即是其圆心，如方形天线则其物理中心就是两条对角线相交点。确定天线的物理中心，有助于确定天线的相位中心，进而产生与到达接收天线的导航卫星信号的载波保持固定相位关系的虚假信号进行欺骗，欺骗效果要优于与导航卫星信号的载波没有固定相位关系的虚假信号。

然后，在步骤S102中确定该天线在天线壳体的水平安装位置，安装的依据是要保证该天线的物理中心与天线壳体的中心轴线不重合，即该天线的物理中心不能在天线壳体的中心轴线上。为此，将天线固定在天线壳体的底座上时，可以使得天线所在的平面与底座平面保持水平平行，例如可以利用高度相同的多个螺柱来固定天线，再就是确保天线的物理中心与天线壳体的中心轴线之间不重合，并且要使得天线的物理中心与天线壳体的中心轴线之间至少有一最小水平间隔距离。该最小水平间隔距离与天线所接收的信号的载波波长有关，优选地，应使天线的物理中心与天线壳体轴线的水平间隔距离大于或等于所接收的信号载波波长的四分之一。进一步地，该最小水平间隔距离是5厘米，即天线的物理中心与天线壳体轴线的水平间隔距离大于或等于5厘米。

由此可见，步骤S102是对天线在天线壳体内的水平方向进行设置，在此基础上，步骤S103是对天线在天线壳体内的竖直方向进行设置。在步骤S103中，使天线相对于天线壳体底座之间有一竖直高度距离，该竖直高度距离可在天线沿竖直方向在天线壳体内部的有效安装范围内随机选取，此处所谓有效安装范围是指天线的外缘与天线壳体的内缘不相接触，同时天线壳体对天线方向图的影响在正常可以接受的范围内。并且，这种对竖直高度距离的选取可以因天线装置不同而有个体差异，即同一批天线的不同个体可以采用不同的竖直高度距离，以增加天线相位中心的不确定性。例如，一个天线距离天线壳体底座的高度距离是1厘米，而另一个天线距离天线壳体底座的高度距离是1.5厘米等。

这样，在本发明天线安装方法优选实施例中，接收天线在天线壳体内的安装位置具有随机性，表现在天线在水平方向上不与天线壳体的中心轴线重合并至少有最小水平间隔距离，在大于该最小水平间隔距离基础上可以根据天线壳体尺寸随机选取实际的水平间隔距离，而天线在竖直方向上相对于天线壳体的底座有一竖直高度距离，该竖直高度距离也可在天线壳体内部的有效范围内随机选取。另外，天线壳体的密封罩是由非透明材料制成，但电磁波可以通过，利用该天线安装方法实施例，增强了在天线壳体内部安装天线的隐蔽性和安装位置的灵活性。因此，仅从天线壳体的外部观测来准确确定天线的物理中心几乎变得不可能。

图2显示了本发明天线装置一实施例的截面示意图，图3显示了该实施例的俯视示意图，为了便于表达，图3中特别省去了天线装置的密封罩。该天线装置实施例包括天线壳体11和天线14，其中天线壳体11又包括密封罩12和底座13，密封罩12为不透明材料制成，但电磁波能够透过。密封罩12为表面封闭且平滑的圆锥柱，固定在形状为圆形、内部中空且向下延伸的底座13上，密封罩12和底座13均是以其中心轴线为对称轴的圆对称结构。密封罩12还可以是其它类似圆锥柱的形状，但要求其任一水平横截面外部边缘均是圆形，并且圆心在中心轴线上，顶部平滑封闭即可。在底座13上设置有4个高度相同的螺柱15(图2中仅显示2个)，其内部有螺纹，通过螺钉16将天线14固定在天线壳体11内部。从图3可以进一步看出，其中的天线14为矩形，通过4个螺钉16将天线14固定在天线壳体11内部。

图2和图3中进一步显示了天线14的物理中心与天线壳体11的中心轴线之间有一水平间隔距离w1。为了降低通过观测天线壳体11而对导航接收机进行载波相干式欺骗的概率，对水平间隔距离w1有最小值要求，就是应使天线14的物理中心与天线壳体的中心轴线的水平间隔距离大于或等于所接收的信号载波波长的四分之一，进一步地，该最小水平间隔距离为5厘米，即天线14的物理中心与天线壳体的中心轴线的水平间隔距离大于或等于5厘米。并且，天线14邻近密封罩的边缘相对于密封罩12的内部边缘也有一水平间隔距离w2，该水平间隔距离w2大于0，即在水平方向天线14邻近密封罩的边缘相对于密封罩12的内部边缘不接触。因此，可以看出由于水平间隔距离w1和w2的限制，以及天线14的具体结构尺寸，决定了天线壳体11的结构尺寸必须要适应这些设计要求。

从图2还可以看出，安装固定天线14的螺柱15上方有垫柱17，同一个天线装置中的多个垫柱17的高度相同，保证天线14为水平安装在垫柱17上，螺钉16穿过垫柱17固定到螺柱15内，使用垫柱17的目的在于能够灵活调整天线14的下表面到底座13之间的竖直间隔距离h1，可以看出该竖直间隔距离h1是螺柱15的高度与垫柱17的高度之和。对该竖直间隔距离h1有范围要求，该范围是天线14沿竖直方向在天线壳体11内部的有效安装范围，此处所谓有效安装范围是指天线14的外缘不与天线壳体11的内缘相接触，同时天线壳体对天线方向图的影响在可以正常接受的范围内。并且在该有效安装范围内，h1可以随机选取，例如，若该有效安装范围是2厘米，当螺柱15完全嵌入在底座13内部时，垫柱16的高度就可在0-2厘米内任意选取。因此，在保证竖直间隔距离h1在有效安装范围内，垫柱17的高度可以有多种选择，当不同的天线装置使用不同高度的垫柱17时，就会使得天线14下表面相对底座13的竖直间隔距离h1有多种变化，这种竖直方向变化的多样性对于提高天线14的相位中心的不确定性也有裨益。

当然，也可以选取没有垫柱17的实现方案，此时竖直间隔距离h1就是螺柱15的高度，天线14通过螺钉16直接固定在螺柱15上，可以选取多种不同高度的螺柱15以实现在竖直方向安装位置的多样性。螺柱15和底座13的结合方式可以是一体成型，或者采用粘接、焊接等现有技术中的常用方式结合在一起。

通过上述方式，本发明天线安装方法和天线装置能够保证天线在天线壳体的安装位置具有多样性，能够避免通过对天线壳体的外部观测而确定天线的物理中心，以致进一步确定天线的相位中心，增强了天线的隐蔽性，并且具有实现简单、安装灵活等优势。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种卫星导航天线安装方法，将天线固定安装在密闭的天线壳体内，所述天线壳体包括底座和密封罩，并且是以所述天线壳体的中心轴线为对称轴的圆对称结构，其特征在于，

测量所述天线的物理中心；

确定所述天线在所述天线壳体底座上的水平安装位置，使得所述天线的物理中心与所述天线壳体的中心轴线之间不重合并至少具有最小水平间隔距离，所述密封罩不透明，所述最小水平间隔距离为所述天线接收的信号载波波长的四分之一；

随机确定所述天线在所述天线壳体底座上的竖直安装位置，并使得所述天线到所述底座的竖直间隔距离在所述天线壳体内的有效安装范围内选取。

2.根据权利要求1所述的卫星导航天线安装方法，其特征在于，所述最小水平间隔距离为5厘米。

3.一种卫星导航天线装置，包括天线和用于固定所述天线的天线壳体，所述天线壳体包括底座和密封罩，并且是以所述天线壳体的中心轴线为对称轴的圆对称结构，其特征在于，

所述天线固定在所述天线壳体的底座上，所述天线的物理中心与所述天线壳体的中心轴线之间不重合并至少具有最小水平间隔距离，所述密封罩不透明，所述最小水平间隔距离为所述天线接收的信号载波波长的四分之一，所述天线到所述底座的竖直间隔距离在天线壳体内的有效安装范围内随机选取。

4.根据权利要求3所述的卫星导航天线装置，其特征在于，所述最小水平间隔距离为5厘米。

5.根据权利要求4所述的卫星导航天线装置，其特征在于，所述底座设置有螺柱，所述天线通过螺钉固定在所述螺柱上，所述竖直间隔距离是所述螺柱的高度。

6.根据权利要求4所述的卫星导航天线装置，其特征在于，所述底座设置有螺柱，所述螺柱上有垫柱，所述天线通过螺钉固定在所述垫柱上，所述竖直间隔距离等于所述螺柱与所述垫柱高度之和。

7.一种卫星导航接收设备，其特征在于，所述卫星导航接收设备包括权利要求3-6任一项所述的卫星导航天线装置。