北斗GPS光纤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、建议方案
建议方案图如下：

北斗GPS光纤隧道覆盖定位授时方案由接收天线S440、远端主机GOF202、中继主机GOF202RL、MGS12功分器，发射天线GRA10、放大器GA40、避雷器N-JK-G、光纤链路、RG8馈线组成。

北斗GPS光纤隧道覆盖定位授时方案主要具备两大功能,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。输出信号电平可根据实际需求调整。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GPS信号定位能力,使接收机在不良GPS信号区域工作时,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，一个远端加上一个中继最大可覆盖500米的隧道。本系统具有支持 GNSS 多星座、建设难度小、成本低、通用化、灵活搭配等优点，可应用于各种复杂环境。目前在隧道内应用上已取得初步成效。
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GPS信号，可实现超远距离的信号传输。

三、技术特点
1.通用系统，不需要任何改动；
2.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；
3.内外一体，可实现无缝对接；
4.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；
5.信号增强，抗干扰性能突出；
7.布设简单，布设间隔 30 ~60 米，根据现场及需求灵活调整。

四、使用设备
产品名称：四系统全频有源天线
型号：S440

产品适用频段：GPS L1/L2/L5、BDS B1/ B2/ B3、GLONASS L1/L2、 Galileo E1/E2/E5a/E5b/E6
产品用途：
S440GPS接收天线是一款集GPS,Glonass,Beidou2,Galileo等卫星信号的测量天线，可广泛应用于大地测量、桥梁施工、海洋测量、水下地形测量等场合。
S440GPS接收天线采用多馈点设计，保证天线相位中心和几何中心的重合，提高测量的精度。天线单元增益高，方向图波束宽，确保在一些遮挡较严重的场合仍可正常收星，涵盖 GPS L1/L2、北斗二代 B1/ B2/ B3、GLONASS         L1/L2 和 GalileoE1/E2/E5a/E5b/E6 的全频段外置测量型发射天线，满足目前 GNSS 测量设备多系统兼容和高精度测量的需求。
1.天线部分采用多馈点设计和完全对称的天线结构，实现相位中心与几何中心的重合，降低天线对测量误差的影响。
2.天线增益高，方向图波束宽，对低仰角信号的发射效果好。
3.天馈部分采用后置滤波方案，有效抑制带外干扰，提高系统的可靠性。
4.采用整体防水设计，防水等级可达 IP65.

产品规格：

电气性能（低噪放大器）
中心频率	GPS L1/L2/L5、BDS B1/ B2/ B3、GLONASS L1/L2、Galileo E1/E5a/E5b/E6、L-band
增益	40±2 dBi
噪声系数	＜2.5 dB
输出驻波	< 2.0
输入驻波	< 2.0
电压	DC 3.3~18 V
电流	＜45 mA(Measuring voltage: 3.3 V)
阻抗	50 Ω
机械性能
尺寸	Φ165×68.8mm
连接器类型	TNC-C-K
工作温度	-40 °C to +80 °C
防水等级	IP65

结构尺寸：

隧道防水型GOF系列放大器
型号：GOF201
产品适用频段：GPS L1/L2/L5、BDS B1/ B2/ B3、GLONASS L1/L2、 Galileo E1/E2/E5a/E5b/E6
产品用途：隧道覆盖、航空制造、实验室、大厦停车场、GPS卖场、室内演示厅等。

产品参数：

电气参数
工作频率	1164~1616MHz
增益	40dB
噪声系数	＜4dB
输入电压驻波比	2:0:1
输出电压驻波比	1:5:1
阻抗	50Ω
带内波动	＜3dB
最大输出功率	-30dBm
直流输入（单路12V DC)	12VDC
工作电流（12V)	>30mA
光波长(发送)	1310nm
光波长（接收）	1310nm
输出光功率	8dBm
接收光功率	-30dBm
光延时	5ns
光纤传输距离	60KM
防尘防水等级	IP65

接口说明：
本设备支持12V/DC电源，输入口连接GPS天线（N型接口），通过室外天线接收信号到GOF放大器,经过补偿放大（50dB）后通过输出口接入发射天线发射信号。
GOF所使用的射频接口都为N型母头。
产品尺寸：

GPS功分器

型号：MGS12
增益：典型0dB；1dB -21dB (可选)
无源被动 (可选)
频率范围:
GPS:L1,L2,L2C,L5;
Glonass:G1,G2;
Galileo:L1,E1,E2,E5(E5a,E5b),E6;
Beidou2:B1,B2,B3;
Beidou3:B1,B2,B3;
IRNSS:L1,L5;
OmniStar
高隔离度 > 25dB
MGS12为一端输入，2端输出的GPS设备。通常是将有源GPS接收天线的接收的信号分给2路输出，供给GPS接收设备。这样的应用方案下，MGS12将设置其输出端口通电，为连接到输入端口的有源GPS天线供电进行工作

产品参数

电气参数
工作频率	1164~1616MHz
增益	20dB
噪声系数	≤2dB
输出驻波	< 2.0
输入驻波	< 2.0
输入电压	5V
工作电流	20 mA
工作温度	-40to85℃
连接器类型	N-Female
防水类型	IP65
阻抗	50Ω

产品尺寸：

GPS放大器GA40

GA40 线路放大器是单级的低噪声防水型放大器。覆盖频点包括GPS, Galileo, GLONASS和Beidou2等(包括GPS L1放大器)。它的增益为40dB,噪声系数小于2.5dB.耗电小于20mA,设备和接收天线均为垂直安装，从接收天线电压输出端取电。我公司的GA40相对于市场上其它的同类产品实用性更强。

电气参数
工作频率	1164~1616MHz
增益	40dB
噪声系数	≤2.5dB
输出驻波	< 2.0
输入驻波	< 2.0
电压	DC 3~9 V
电流	<30 mA
工作温度	-40to85℃
连接器类型	N-Female
防水类型	IP68
阻抗	50Ω

产品尺寸

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
工作频率	1164~1616MHz
输入阻抗	50Ω
增益	≤2.5dB
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	Ø186×125
重量	400
连接头	SF
安装方式	吸顶安装
工作温度	-40to85℃

产品尺寸

避雷器N-JK-G

避雷器N-JK-G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
特性抗阻	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

产品尺寸

馈线RG8
RG8/U馈线产品参数：

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℃

设备清单

类型	型号	单位	数量
接收天线8	S400	个	1
隧道防水型GPS近端放大器	GOF201L	个	2
隧道防水型GPS中继放大器	GOF201LR	个	1
隧道防水型GPS中继放大器	GOF201R	个	1
功分器	MGS12	个	8
放大器	GA40	个	10
发射天线	RGA10	个	10
避雷器	N-JK-G	个	1
馈线	RG8	米	200

施工流程

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。