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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 |
个 |
2 |
|
|
|
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 |
台 |
16 |
|
|
| 北斗GPS光纤放大器 |
|
8 |
|
|
| 北斗GPS光纤放大器 |
|
个 |
1 |
|
|
个 |
|
根据实际需要配置 |
||
|
个 |
|
根据实际需要配置 |
||
|
发射天线 |
个 |
|
根据实际需要配置 |
|
|
避雷器 |
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
|
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 |
结构尺寸
同轴射频电缆
RG8/U：
|
电气参数 |
|
|
电容 |
Nom.78pF/m |
|
阻抗 |
50Ω |
|
速率 |
85% |
|
屏蔽衰减 |
90dB |
|
1700MHz频率20℃/100米衰减 |
17dB |
|
工作温度 |
-40~80℃ |
五、施工流程
六、设备的安装标准
1、室外天线需安装在室外空旷无遮挡区域并且做好防水防雷处理防止雷雨天气导致天线进水故障。
2、所有发射天线按照水平吸顶安装方式，天线正面面向地面，尽量保持与地面水平。
3、隧道防水型放大器应使用配套的支架固定在隧道内，连接口都要做好防水处理，放止渗水。
4、GA40放大器应与发射天线一起连接，隧道内的连线处都应做好防水处理。