GNSS卫星信号转发系统实现

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## 产品用途和特点

### 产品用途

GNSS卫星信号转发系统能够将室外的GPS、GLONASS、北斗和伽利略卫星系统的全频段信号引入室内,为无人机系统测试提供连续可用的卫星导航信号,确保机载GNSS接收机能正常捕获、跟踪卫星并实现高精度定位。

该系统由室外GNSS接收天线、射频电缆、卫星信号转发器以及室内GNSS发射天线组成,构成完整的室内外信号桥接链路。

### 产品特点

系统采用多级放大与多级滤波技术,并结合带通滤波设计,在不同放大级合理分配增益,有效提升电路稳定性,同时抑制带外干扰信号。

设备支持6路独立信号输出,每路分为2个频段(1.1 GHz ~ 1.3 GHz,1.5 GHz ~ 1.62 GHz),每个频段的增益单独调节,总计12个调节选项(6路 × 2频段),适应复杂电磁环境下的灵活部署需求。

整体结构简洁,安装便捷,便于日常使用与维护。

## 产品组成和原理

GNSS卫星信号转发系统的组成框图如下:

![GNSS卫星信号转发系统组成](https://chen2jiang.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/d:/image/20260207214232847.png)

- 室外GNSS接收天线负责接收GPS L1/L2、GLONASS L1/L2、北斗B1/B2/B3以及Galileo E1/E2/E5a/E5b四系统共11个频点的全频段卫星信号。天线内置低噪声放大器(LNA),增益为40 dB ± 2 dB,可有效抵消后续射频电缆带来的损耗,保障系统信噪比性能。

- 卫星信号转发器对接收的GNSS信号进行同频放大与转发处理,并将信号分发为6路独立输出通道。每路通道配备可变增益放大器(VGA),增益可在0 dB ~ 60 dB范围内调节,步进精度为1 dB,满足不同覆盖区域的信号强度需求。

- 室内GNSS发射天线为无源天线,安装于厂房顶部支架上,单个天线覆盖范围约为15 m × 15 m。针对22 m × 65 m的厂房面积,共部署6个发射天线,按2行3列方式布设,实现全场均匀覆盖。

## 设备选型

### GNSS接收天线

主要技术指标如下:

- 工作频率:GPS L1/L2、GLONASS L1/L2、北斗B1/B2/B3、Galileo E1/E2/E5a/E5b
- 阻抗匹配:50 Ω
- 接收增益(仰角90°):≥ 4.5 dBi
- 带内输入驻波比:≤ 2
- 极化方向:右旋圆极化
- 方向图:半球形
- 天线轴比:≤ 3 dB
- 低噪放增益:40 dB ± 2 dB
- 噪声系数:≤ 2.0 dB
- 工作电流:≤ 100 mA @ 5 V
- 工作温度:-40 ℃ ~ +85 ℃
- 储存温度:-45 ℃ ~ +85 ℃
- 湿度:95%,不冷凝
- 防护等级:IP67
- 配置射频避雷器,增强系统雷电防护能力

### 转发器

- 工作频段:GPS L1/L2、GLONASS L1/L2、北斗B1/B2/B3、Galileo E1/E2/E5a/E5b
- 转发方式:同频转发
- 输出通道数:7路(其中6路用于发射天线,1路可用于监测或备用)
- 每路分为2个频段(1.1 GHz ~ 1.3 GHz,1.5 GHz ~ 1.62 GHz),每通道、每个频段增益独立可调
- 转发增益范围:0 dB ~ 60 dB
- 增益调节步进:1 dB
- 系统供电:AC 220 V,功耗 ≤ 50 W

#### 设备示意图:
![前面板](https://chen2jiang.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/d:/image/20260207214542694.png)

![后面板](https://chen2jiang.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/d:/image/20260207214600701.png)

每通道的转发增益通过人机交互界面在触摸屏上设置,操作直观便捷,如下图所示:

![通道衰减设置](https://chen2jiang.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/d:/image/20260207214624518.png)

此外,转发器内置全频段GNSS接收机模块,能够实时显示当前可见卫星的信噪比状态、定位解算结果及系统工作状态,便于现场调试与故障排查。

![卫星信息显示](https://chen2jiang.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/d:/image/20260207214647938.png)

![卫星星图](https://chen2jiang.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/d:/image/20260207214707178.png)

![定位信息](https://chen2jiang.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/d:/image/20260207214723422.png)

### 发射天线

发射天线选用成熟的外置式全频段GNSS发射天线,兼容北斗、GPS、GLONASS和Galileo系统的全部工作频段。

主要技术指标如下:

- 工作频率:GPS L1/L2、GLONASS L1/L2、北斗B1/B2/B3、Galileo E1/E2/E5a/E5b
- 阻抗匹配:50 Ω
- 轴向增益:≥ 4 dBi
- 带内输入驻波比:≤ 2
- 极化方向:右旋圆极化
- 方向图:半球形
- 天线轴比:≤ 3 dB
- 工作温度:-40 ℃ ~ +85 ℃
- 储存温度:-45 ℃ ~ +85 ℃
- 湿度:95%,不冷凝
- 防护等级:IP67

## 产品配套表

GNSS卫星信号转发系统的完整配套清单如下表所示:

| 序号 | 产品名称 | 数量 | 备注 |
| ---- | ---------------- | ---- | ---------------------------------- |
| 1 | 室外GNSS接收天线 | 1 | 内置LNA增益 ≥ 40 dB,配射频避雷器 |
| 2 | 射频电缆 | 1 | 连接室外天线至转发器,长度50 m |
| 3 | 卫星信号转发器 | 1 | 室内设备,支持6路独立增益调节输出 |
| 4 | 射频电缆 | 6 | 连接转发器至各发射天线,每根长50 m |
| 5 | 发射天线 | 6 | 室内辐射用,全频段覆盖 |

## 总结

本文详细介绍了GNSS卫星信号转发系统的实现方案,涵盖其用途、组成结构、关键技术特点及设备选型依据。

该系统通过室外接收天线采集真实卫星信号,经低噪放和长距离传输后,由转发器完成多路同频放大与分发,最终由室内发射天线重建可用信号场强,支撑无人机等平台在封闭环境下的导航功能测试。

系统具备全频段兼容、多路独立增益调节、实时状态监控等特点,适用于复杂工业场景下的高可靠性部署。未来可进一步集成再生式转发能力,以支持抗干扰天线测试等高级应用。

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