北斗GPS光纤拉远隧道覆盖定位授时解决方案

一、项目背景及需求

随着卫星导航系统及其应用的发展，卫星导航系统已经成为重要的、不可或缺的空间基础设施，其应用已经渗透到几乎所有领域，成为国防能力的倍增器，经济发展的助推器，在保障国家安全与促进经济发展中发挥着不可替代的作用。

在国内整个铁路，公路运输沿线中，存在大量遮挡环境，典型的如隧道、场站等。由于环境的相对封闭性，卫星信号几乎被完全遮蔽，其信号强度远远低于接收机所能接收的底限，位于其内的接收设备根本无法接收到信号，属于信号盲区，包括传播模型选取，覆盖方式，切换区域设置等需要来定制专门的隧道解决方案。

所以对于长距离的隧道，减少信号盲区是隧道信号覆盖的首要任务。

星火源自主研发的GPS北斗光纤授时拉远系统有效的解决了隧道信号覆盖的问题，该系统是一套由发送单元和中继接收单元组成的光电转换设备，发送单元将射频信号转换为光信号，接收单元将光信号恢复为射频信号。系统采用单输出系统，把GPS有源天线的授时信号进行放大分配给多个光纤接收设备。实现远距离的信号传输，远端主机系统把接收到的GNSS天线进行放大，经过光模块将电信号转化为光信号后，通过光纤链路传输到中继，中继主机可以将信号放大给室内天线，通过室内天线实现信号覆盖。也可以连接多级功分的方式实现多个室内天线的安装，可实现单个中继实现500米的隧道卫星信号覆盖。

二、设计和施工方案

通信授时链接示意图

定位无线覆盖链接示意图

该系统主要具备两大功能,一是卫星信号增强转发,二是自身定位检查。转发器接收BD/GPS的导航信号,完成信号转发功能。即时接收室外区域的卫星导航信号，并在室内转发与室外区域真实卫星导航系统信号相同步的导航信号，解决了在不对导航终端进行任何改动下，实现北斗GPS信号授时和定位能力,使接收机在卫星信号不良区域工作时,依旧可以提供可靠的定位结果。而且单个中继可连接多级功分实现远距离的覆盖效果，每个中继单元或光收单元都可以输出2路射频卫星信号，每一路射频信号可以覆盖半径30米；也可以通过我公司的北斗GPS功分器实现多路的有线信号输出。

该系统的接收天线安装在隧道外比较空旷的地方接收信号，接收到的信号通过光纤转发设备将GPS/北斗等一种或者多种卫星信号，经滤波、放大、信号分配、信号调节、转发等环节，把卫星信号转入信号不能到达的地方，完成信号的覆盖。该系统有远端发送单元和中中继单元、以及近端主机组成，通过光纤拉远的方式实现远-中继-近端主机间的信号传输，远距离的信号传输单元将射频信号转换为光信号，光纤作为信号传输链路，将信号传输给下一级接收单元。中继可将接收到的光信号通过内部光分分给下一级主机设备，并且将另一路的光信号恢复为射频信号，系统采用智能分路系统，把北斗GPS有源天线的受时信号进行放大分配给多个室内天线。从而实现卫星信号的覆盖，该系统使用光纤代替传统的RF线路输出北斗GPS信号，可实现超远距离的信号传输。

三、技术特点

1.有线方式合适用于通信授时，稳定可靠。

2.无线覆盖方式适用于定位和授时混合需求。

3.在隧道卫星信号覆盖的应用上是一个通用系统，对终端和设备不需要任何改动；

4.基于通用车载终端、手机、PAD 等导航设备可直接定位，不需要特定专用终端，这也是实现产品化基础的与前提；

5.内外一体，可实现无缝对接；

6.隧道信号覆盖系统与卫星导航系统信号一致、时间严格同步，真正解决“最后一公里”问题；

7.信号增强，抗干扰性能突出；

8.系统所转发的信号为室外真实信号，功率可控，可有效降低导航信号的脆弱性；适用通用商用GPS/BDS 导航型终端；具备全天候、全天时工作能力；抗多径干扰技术、适合复杂、恶劣使用环境、支持中小隧道；

9.布设简单，布设间隔 30 ~60 米，根据现场及需求灵活调整。

四、设备清单和使用设备

设备清单

类型	型号	单位	数量	备注
接收天线	TIMING4100	个	2
北斗GPS光纤放大器	OS808	台	1	2路天线输入； 8路光输出； 8路射频输出
北斗GPS光纤放大器	GOF201TR	台	16
北斗GPS光纤放大器	GOF201RX		8
北斗GPS光纤放大器		个	1
功分器	MGS12	个		根据实际需要配置
放大器	GA40	个		根据实际需要配置
发射天线	GRA10	个		根据实际需要配置
避雷器	N-JK-G	个	2
同轴馈线	RG8	米		室外电缆；单根长度300米内；根据实际需要配置
同轴馈线	XHY240	米		室内走线电缆；单根长度50米内；根据实际需要配
同轴馈线	3D-FB	根		设备间的走线电缆；单根长度10米内；根据实际需要配

接收天线:TIMING4100

北斗GPS光纤放大器: OS808

参数	条件	最小	标称	最大	单位
输入天线端口数量	标配		2		个
输出射频端口数量	0/8/12/16	0	8	16	个
输出光口数量	1/8/16	1	8	16	个
射频频率范围		1150		1650	MHz
输入&输出阻抗	输入,所有输出端		50		Ω
增益	OSxxTX＋OSxxRX	38	40	42	dB
输入电压驻波比				2.0:1	-
输出电压驻波比				2.0:1	-
噪声系数				3	dB
带内波动	天线, 未用端口-50Ω负载			3	dB
最大光输出功率	天线, 未用端口-50Ω负载			-30	dBm
直流输入	双路48V DC	36	48	57	VDC
工作电流	（48V）			300	mA
光波长	发送	1310			nm
光波长	接收	1310			nm
输出光功率（光发单元）	最大发射功率（25℃）		8		dBm
接收光功率（光收单元）	最小接收功率（25℃）	-30			dBm
输出光功率（中继单元）				8	dBm
接收光功率（中继单元）		-30			dBm
光延时	每米延时		5		ns
光纤传输距离				40	Km
工作温度		-20		65	℃
存储温度		-30		80	℃

北斗GPS光纤放大器: GOF20X

参数	条件	最小	标称	最大	单位
射频频率范围		1150		1650	MHz
输入&输出阻抗	输入,所有输出端		50		Ω
增益	GOF201TX＋GOF201RX	38	40	42	dB
输入电压驻波比				2.0:1	-
输出电压驻波比				2.0:1	-
噪声系数				3	dB
带内波动	天线, 未用端口-50Ω负载			3	dB
最大光输出功率	天线, 未用端口-50Ω负载			-30	dBm
直流输入	单路12V DC		12		VDC
工作电流	（12V）			200	mA
光波长	发送	1310			nm
光波长	接收	1310			nm
输出光功率（光发单元）	最大发射功率（25℃）		8		dBm
接收光功率（光收单元）	最小接收功率（25℃）	-30			dBm
输出光功率（中继单元）				8	dBm
接收光功率（中继单元）		-30			dBm
光延时	每米延时		5		ns
光纤传输距离				40	Km
防尘防水等级			IP65
工作温度		-20		65	℃
存储温度		-30		80	℃

室内天线GRA10

作用于室内信号发射的天线，此天线为无源天线，指标如下：

技术参数：

电气参数
频率 [MHz]	1164-1616
输入阻抗	50Ω
增益	3dBi
极化方式	垂直极化
水平覆盖角度	3600
输入驻波（VSWR）	≤1.45
互调	＜-110dBm
输入阻抗	50Ω
最大功率	50W
天线罩材料	防紫外线ABS
尺寸 [mm]	Ø186×125
重量[g]	400
连接头	SF
安装方式	吸顶安装
工作温度 [℃]	-40~+60

产品尺寸图

避雷器N-JK-G

避雷器主要用于天线避雷作用。

电气参数
特性阻抗	50Ω
频率范围	DC~2.5GHz
额定电压	230V±20%
接触电阻	内导体:≤1mΩ; 外导体≤1mΩ
绝缘电阻	≥5000 MΩ
介质耐压	2500V
特性阻抗	50Ω
机械寿命	≥500次（每分钟12次）
连接螺母扭矩	推荐0.68~1.13N. M