德思特干货 | Skydel天线模型应用详解：从设置方法到GB/T 45086国标场景构建

一、Skydel中天线模型的作用

在Skydel中，天线模型允许用户进行单独设置，其中天线指代的是卫星发射天线与GNSS接收设备天线，一般仅对后者修改，天线模型会尽可能模拟现实中Vehicle的GNSS接收机天线接收信号的状态。Skydel的天线模型总的来讲有3种主要应用场景与作用。

1、射频性能与增益仿真（真实天线特性）

在实验室传导测试（非空口测试）中，通常使用射频线缆连接设备，这相当于将接收天线理想化为无增益、全向均匀的接收场，与现实环境存在显著差异。Skydel 允许用户自定义天线的增益模式（Gain Pattern）、相位中心偏差（PCV/PCO）以及极化特性。模拟信号在不同入射角度下的衰减与相位偏移，确保仿真结果符合真实天线的物理表现。

2、空间几何约束仿真（位置与姿态控制）

Skydel 支持对天线在载体坐标系下的精确空间定义，以还原物理部署对导航解算的影响。

天线位置（杠杆臂，Lever Arm）

用户可以设置天线相位中心与载体质心（或重心）的偏移量。这不仅能模拟解算位置的偏差，更是双天线/多天线定向系统仿真的核心。

天线姿态（Orientation）

通过设置天线的仰角、方位角及翻滚角，确定增益模式的参考坐标系。这可用于仿真天线倾斜安装或载体剧烈运动时，因卫星相对角度改变导致的信号失锁或减弱。

3、环境与动态场景仿真

Skydel 支持在运行时动态切换天线模型，这主要用于模拟载体进入不同物理环境时的信号表现。结合场景需求，切换不同的天线掩码（Mask）或增益剖面，可模拟从开阔天空（Open Sky）进入城市峡谷（Urban Canyon）或林荫道时，由于建筑或植被引起的信号遮挡与多径效应趋势。

二、Skydel中天线模型的设置方法

Skydel允许用户通过GUI或远程API对天线模型进行设计与调整，本文通过GUI做说明。

1、天线增益/相位模型

Skydel中可以设置天线对于不同频段信号的增益值；在点击"More"选项后，能够对不同的仰角、方位角所能够接收到的信号增益进行具设置。

Skyde中使用平面方向图作为呈现方式，在这张图中（右图），横坐标表示方位角，纵坐标表示仰角。在某点颜色的深浅，代表该位置功率的增益大小。如图中标注的一点表示：仰角为21.1°，方位角为-45.7°的天空方向，该频段的信号增益为-2.81dB。详细设置办法可查看下一节。

仰角范围为-90°至90°，方位角范围为-180°至180°，其参考的坐标为天线的姿态，而天线的姿态随着Vehicle的轨迹移动发生变化。在默认情况下，Vehicle朝前的位置方位角为0°，地球水平面的仰角为0°。

2、天线位置/姿态模型

天线的位置/姿态模型用于对天线相对于Vehicle的位置进行设置。默认情况下，X=Y=Z=0，roll=pitch=yaw=0。

3、序列化模型切换

在仿真过程中，天线模型是不能改变的；但在仿真开始之前，可以通过序列化模型设置，提前给定在某个仿真时间点切换的天线模型，该模型切换次数与数量没有上限。如果在t=0时没有指定模型，系统将采用默认模型，直到模型切换。

序列化天线模型设置

三、天线模型的导入办法

1、CSV直接导入

对天线模型仰角、方位角的设置需导入一个只含数值的csv文件，该文件的一行代表一个仰角度数，一列代表一个方位角度数。文件可以有若干行、若干列，Skydel将对行、列自动进行线性插值。文件的格式如下：

一个CSV文件定义一个天线增益模型，要点如下：

每一个CSV文件实际上是一个数值矩阵。Skydel将自动进行线性插值，创建连续的3D天线增益模型；

增益的单位是dB，角度的单位是°；

从上往下，第一行代表-90°仰角，末行代表90°仰角；从左往右，第一列代表0°方位角，未列代表360°方位角（即-180°方位角）；

其余每一行都是仰角的均匀划分；

其余每一列都是方位角的均匀划分。

以一个简单的CSV文件为例，假设某个CSV文件的内容如下：

其含义是：

第一列代表方位角为0°的增益，第二列代表方位角为120°的增益，第三列代表方位角-120°（240°）的增益；

共有三行，仰角变化的步长为90°。第一行表示仰角为-90°的增益，第二行表示仰角为0°的增益，第三行表示仰角为90°的增益。

在系统默认的天线模型中，一共有181行、1列，即仰角步长为1°；方位角的增益没有变化。

2、ANT文件导入

此外，Skydel也支持使用配套的天线模式转换工具从.ant格式转换为csv格式并导入Skydel。

四、基于天线模型构建GB/T 45086的场景模型

GB/T 45086在附录D(规范性)车载卫星定位系统试验场景定义了两种测试需要的场景，并给出了方向增益图。

我们需要在进行相关场景设计时，借助python脚本将场景定义转换为CSV文件，并最终导入Skydel。该流程可快速生成 Skydel 原生支持的天线增益模型（如平面方向图所示）。借助此方法，测试人员无需手动构建复杂的传播与物理场景模型，并实现卫星场景与传播场景解耦，无需修改其他内容，即可在“开阔天空”与“城市峡谷”等典型场景间实现快速切换。

审核编辑 黄宇