“北斗 + 天通” 卫星信号地下场所覆盖系统

1. 技术背景

地下场所（如纵深数十米的军事坑道、可容纳数千人的人防工事、位于地下 2-5 层的应急指挥中心、大型地下综合体的隐蔽区域等）因厚重钢筋混凝土结构、岩层或金属屏蔽层的遮挡，导致太空卫星发射的北斗信号（含导航定位、授时、短报文功能）与天通卫星通信信号无法有效穿透，形成完全的信号盲区。这种盲区会直接引发三类关键功能失效问题：

北斗导航定位与授时功能失效：地下部署的指挥终端、监控设备、机动装备无法获取精准位置与时间基准，导致军事调度中装备协同偏差、人防工事内人员定位失联、应急指挥时事件时序记录混乱；

北斗短报文指挥调度中断：在无地面通信网络（如 5G / 光纤）的极端场景下（如战争、地震导致地面网络瘫痪），地下指挥中心无法通过北斗短报文向外界传输指令、接收态势数据，形成 “信息孤岛”；

天通卫星应急通信链路断开：地下人员无法通过天通卫星手机发起语音通话、传输图片 / 视频等关键数据，在塌方、火灾等突发事故中，无法与地面救援力量建立实时联络，延误救援时机。

北京恒星科通根据自己多年无线通信技术积累，在编制本方案时，通过 “卫星信号高精度捕获 - 基于 SDR 的数字选频处理 - 低损耗光纤传输 - 地下多维度放大覆盖” 的全链路技术架构，针对性解决地下场所卫星信号盲区问题，为军事、人防、应急等特殊场景提供稳定、可靠的导航与通信保障。

2. 需求分析

2.1 功能需求

（1）北斗三号导航定位 / 授时覆盖

需实现地下全区域（含坑道拐角、多层人防空间、设备密集的指挥大厅等）北斗三号信号覆盖，支持终端接收北斗三号 MEO（中地球轨道）、IGSO（倾斜地球同步轨道）、GEO（地球静止轨道）卫星的复合信号，满足两类核心功能：

定位功能：地下机动装备（如军事侦察车、人防应急救援车）、人员手持终端的实时定位，定位数据可上传至指挥系统，实现动态调度；

授时功能：地下指挥中心服务器、监控摄像头、通信设备的时钟同步，授时精度需达到≤100ns（纳秒级），避免因时间偏差导致的指令传输延迟、数据记录错位。

（2）北斗短报文收发功能

需支持地下终端（如北斗短报文指挥机、便携式终端）与地面指挥中心、其他地下节点的双向短报文通信，具体功能包括：

信息类型：文字指令（如救援路线、装备部署命令）、位置数据（含经纬度、高程）、状态信息（如设备运行状态、人员健康数据）；

收发能力：单条报文长度≤140 个汉字（或 280 个字节），最大发送速率≥1 条 / 分钟，接收响应时间≤30 秒，支持多终端同时接入（并发数≥20 台）。

（3）天通卫星语音 / 数据通信覆盖

需实现地下场所天通卫星信号的稳定覆盖，满足应急场景下的实时通信需求：

语音通信：支持天通卫星手机的高清语音通话（信噪比≥35dB，无卡顿、杂音），通话接通率≥95%，单次通话时长无限制（受终端电量影响）；

数据通信：支持低速数据传输（如文本消息、图片文件），数据速率≥9.6kbps，可传输分辨率≥1280×720 的现场图片，传输时延≤5 秒。

2.2 系统技术指标

（1）地下信号覆盖强度

需在地下所有功能区域（含边缘角落、设备遮挡区）达到以下信号强度标准，确保终端稳定接收：

北斗信号：≥-120dBm（分贝毫瓦），其中北斗 B1C 频段（民用高精度频段）信号强度需≥-118dBm，满足高精度定位需求；

天通信号：≥-115dBm，上行信号发射功率经放大后需≥10dBm，确保信号可有效传输至天通 GEO 卫星（轨道高度约 3.6 万公里）。

（2）定位精度

北斗三号民用定位精度：≤5m（平面精度）、≤10m（高程精度），在地下开阔区域（如人防大厅）精度需提升至≤3m；

军事 / 特殊场景精度：通过北斗三号 B3I 频段（军用频段）与差分技术结合，可实现≤1m 的高精度定位，满足装备机动、精准救援需求。

（3）光纤传输距离与性能

需适配不同规模地下工程的光纤部署需求，同时保障传输质量：

传输距离：支持 100m（小型地下避难所）~30km（大型地下军事坑道、跨区域人防工程）的单模光纤传输，无需中继设备即可实现信号无衰减传输；

传输指标：1310nm 波长下，光纤衰减≤0.3dB/km，色散系数≤3.5ps/(nm・km)，确保光信号传输 30km 后仍能保持稳定的信号幅度与相位。

（4）系统连续工作时间

正常供电：AC220V 市电供电时，系统可 24 小时连续工作，无故障运行时间≥10000 小时；

备用供电：断电后，系统可切换至备用电源（如 24V 锂电池组、柴油发电机），连续工作时间≥72 小时，其中关键设备（如地面室外单元机、地下室内单元机）备用供电优先级最高，确保链路不中断。

3. 系统总体架构

系统采用 “太空卫星段→地面室外子系统→光纤传输链路→地下室内子系统→地下用户终端” 的五级层级架构，各层级通过标准化接口与协议协同工作，形成完整的卫星信号地下延伸链路，各层级的详细功能与交互逻辑如下：

（1）太空卫星段

作为信号源核心，由北斗三号卫星星座与天通卫星组成：

北斗三号卫星：采用 MEO+IGSO+GEO 混合轨道布局（3 颗 GEO 卫星覆盖亚太地区、5 颗 IGSO 卫星倾斜覆盖、24 颗 MEO 卫星全球组网），可同时提供导航定位（精度≤1m）、授时（精度≤20ns）、短报文（区域通信速率≥1kbps）服务，信号覆盖范围无死角；

天通卫星：为地球静止轨道（GEO）卫星（定点于东经 101.4°），覆盖中国及周边地区（东经 60°~160°、北纬 10°~80°），支持语音、数据、短信等通信服务，单星可容纳数万用户同时接入，应急场景下通信优先级最高。

（2）地面室外子系统

部署于地面开阔区域（如楼顶、山顶、军事阵地制高点），承担卫星信号 “捕获 - 处理 - 光转换” 功能，与太空卫星段通过无线链路连接，与光纤传输链路通过光接口连接：

室外天线：需避开高楼、高压线、树木等遮挡物（遮挡角≤5°），采用右旋圆极化设计（适配卫星信号极化方式），可同时捕获北斗三号 B1/B2/B3 频段与天通上下行频段信号；

地面室外单元机：作为地面核心处理设备，内置 LNA 低噪声放大器、基于 SDR 的数字选频单元、射频光发射模块，可将捕获的射频信号转化为低噪声、高纯度的光信号，通过光纤传输至地下。

（3）光纤传输链路

作为地面与地下的信号 “桥梁”，采用单模低损耗光纤与专用连接器组成，具备以下特性：

物理防护：光纤采用铠装结构（如钢带铠装），抗拉伸、抗挤压，可沿地下管道、隧道壁敷设，适应复杂施工环境；

信号保护：通过光功率控制（发射功率≥0dBm）与色散补偿技术，避免信号在长距离传输中出现衰减、失真，确保 30km 传输后光信号接收灵敏度仍≤-25dBm。

（4）地下室内子系统

部署于地下场所的设备间或核心区域，承担 “光信号还原 - 信号放大 - 地下发射” 功能，与光纤传输链路通过光接口连接，与地下用户终端通过无线链路连接：

地下室内单元机：内置光接收模块、基于 SDR 的数字选频单元、射频 AP 放大器，可将光信号还原为射频信号，并放大至满足地下覆盖的功率；

地下室内发射天线：采用吸顶式（覆盖开阔区域）或壁挂式（覆盖狭长通道）布局，根据地下空间结构（如层高 3~5m、面积 500~5000㎡）均匀部署，确保信号无死角覆盖。

（5）地下用户终端

为地下人员与设备提供信号接入接口，包括北斗导航终端、北斗短报文终端、天通卫星手机等，终端需支持与地下室内子系统的无线信号交互，同时满足特殊场景防护需求（如军事终端需具备抗电磁干扰能力、人防终端需具备防水防尘等级 IP65）。

4. 系统组成及设备详细参数

4.1 太空卫星段

4.2 地面室外子系统

4.3 光纤传输链路

4.4 地下室内子系统

4.5 地下用户终端