便攜式衛星通信地球站在應急救災中的應用

蘇 淵

(中國電子科技集團公司第39研究所通信部，陜西西安 710065)

我國疆域遼闊，復雜的地理條件決定了我國受自然災害影響較多。頻發的自然災害是影響我國經濟社會健康發展的重要因素。尤其在人口分布較為廣泛的中小城市和農村地區，由于各方面條件的限制，此類地區大部分應急通信方法單一落后，在遭遇自然災害時極易遭到破壞，成為信息孤島，無法展開迅速有效的救援，造成不必要的人員傷害和物資損失。

在2008年汶川地震中，一些重災區因為通信設施遭到了嚴重破壞，無法及時有效地與抗震指揮部取得聯系，嚴重影響了救災工作的開展。雖然提供了大量應急通信設備，為抗震救災應急通信指揮提供了可靠的保障，但依然暴露出一些缺陷:

(1)現有應急通信設備多集中于經濟發達的大中型城市，在其他地區發生重大災害時需要花費大量人力物力和寶貴的時間進行應急設備調配，大大影響了救援的速度和效率。

(2)現有應急通信設備裝備價格和使用價格不菲，在受經濟條件限制的中小城市和鄉鎮地區很難普及發展。

(3)現有應急通信設備大部分受環境因素影響較大，在重大災害發生時實戰適應能力偏弱。

針對以上問題，在更多地區配備經濟、實用、可靠的應急通信系統極為必要，而便攜式衛星通信地球站無疑是能夠解決這些問題的較好選擇。

1 系統組成及基本工作原理

便攜式衛星通信地球站是一種在特殊環境下滿足突發事件要求的衛星通信系統，可通過手提、背負的方式進行人工攜帶。它通過衛星與遠端主站形成衛星通信鏈路，根據實際需要進行數據通信、話音通信、圖像通信等多種業務的傳輸。

1.1 系統組成

系統由可拼裝反射面天線，組合饋源、低噪聲下變頻器(LNB)、上變頻功率放大組件(BUC)、天線座及天線伺服模塊、跟蹤接收機模塊、衛星通信模塊、圖像編解碼器模塊、供電模塊等設備組成。系統原理如圖1所示。

1.2 工作原理

使用便攜式衛星通信地球站時，首先打開天線箱，手動拼裝天線主反射面，連接箱體之間電纜并接通電源。

圖1 便攜式衛星通信地球站系統原理圖

設備開機后，天線伺服控制模塊通過傾角儀和GPS來確定天線所處位置和天線座的姿態，計算出針對工作衛星波束最佳的極化匹配角，并控制極化電機使天線的極化角與衛星波束的極化角匹配。與此同時，天線伺服控制模塊按照一定的自動控制算法驅動方位和俯仰電機，對工作衛星信標波束進行搜索。

便攜式衛星通信地球站在進行衛星搜索時，采用開環搜索和閉環跟蹤相結合的方法進行工作。在開環搜索過程中，伺服系統首先根據工作衛星的信標頻率，將跟蹤接收機設定到預置的信標信號頻率，同時根據傾角儀和GPS得到的地理信息數據將天線的俯仰轉動到理論計算值，基本確定了俯仰角后，根據跟蹤理論，轉動方位即可找到與預置信標頻率對應的衛星，即為工作衛星。

天線收到工作衛星信標信號后，經LNB放大后由定向耦合器分為兩路，一路信號輸出給跟蹤接收機，完成對信號的檢波、濾波和放大，為伺服控制提供信號電平指示，調整天線姿態，使天線接收最大信號電平，即天線波束對準衛星。此時天線進入步進跟蹤狀態。在步進跟蹤狀態中，當信號大于一定預置門限，天線指向處于保持狀態;當信號小于預置門限，天線自動進入步進跟蹤狀態，伺服控制模塊通過調整天線姿態，保證天線指向始終對準衛星，保持最佳接受性能。另一路信號經下變頻解調后傳輸給基帶單元，經基帶處理后輸出至用戶終端。與此同時，用戶終端的輸出信號經基帶單元的基帶處理后再經調制、上變頻后通過功放由天線發射至衛星。至此，完整的衛星通信鏈路得以建立。通過衛星鏈路，便攜式衛星通信地球站即可與遠端站進行多種業務傳輸。

1.3 鏈路預算

假設中心站天線口徑7.3 m，站址設在北京，便攜站天線口徑0.9 m，站址設在西安，鑫諾衛星Ku波段轉發器參數為例對系統鏈路參數進行預算。預算條件列如表1所示，預算主要結果列如表2所示。

表1 鏈路預算條件

表2 主要計算數據

1.4 特點分析

與其他應急通信設備相比，便攜式衛星通信地球站具有以下特點:

(1)體積小、重量輕、易于攜帶。自然災害的發生往往很難預警，留給人們反應的時間很短，災難過后又往往出現環境惡化，交通中斷等不利情況。在這種情況下便攜式衛星通信地球站因其體積小、重量輕、易于攜帶的特點，故而一方面在災害來臨時易于保存，為聯系救援提供條件。另一方面又可以通過背負或空投的方式提供給受災地區，及時構筑救災應急通信系統，為救災提供可靠保障。

(2)環境適應能力強。災害現場往往情況復雜，工作環境惡劣且缺少足夠的能源供應，不利于大型應急通信設備展開工作。而便攜式衛星通信地球站具有較強的環境適應能力，在較小的空間內即可展開工作，并且具有能耗小，易于補充能源。

(3)操作簡單。便攜式衛星通信地球站結構簡單，展開輕便快捷，若配備采用智能控制技術，實現自動尋星功能的便攜式衛星通信地球站操作更為簡便易學，非專業人員通過人機對話界面即可完成便攜式衛星通信地球站的開通。

(4)價格優勢。便攜式衛星通信地球站與其他類型應急通信設備相比，如“動中通”“靜中通”等，設備和使用價格都更為低廉，具有明顯的價格優勢。更適合配備在經濟實力較為薄弱的中小城市和廣大鄉鎮地區。

1.5 發展前景

為使便攜式衛星通信地球站能夠在應急救災中更好的發揮作用，針對現有便攜式衛星通信地球站存在的一些不足，提出以下建議:

(1)隨著新技術的不斷發展，采用新型材料，進一步減輕便攜式衛星通信地球站重量，提高設備的應用靈活性。

(2)在保證便攜式衛星通信地球站的便攜性能的同時，可以采用新技術增加天線增益或提高系統發射功率，滿足清晰度更高要求的視頻內容的傳輸，為應急救災提供更直觀更詳盡的現場資料。

(3)災害現場往往伴隨高寒、高溫、降雨等惡劣條件，現有便攜式衛星通信地球站雖然具備一定的環境適應性，但在設備材料、產品工藝上仍需不斷改進，提高設備在惡劣環境下工作的可靠性。

2 組網方式

根據以上分析可以看出衛星通信便攜站以其獨有的特點，能夠滿足作為基本應急通信裝備的需要，能夠對現有的應急通信系統進行有效的補充和完善。系統網絡示意圖如圖2所示。

圖2 應急救災系統網絡示意圖

當自然災害來臨時，后方地面中心站可作為指揮中心用于應急指揮調度、搶險部隊指揮通信。車載站作為機動遠端站，迅速抵近災害現場，通過在集成車內的短波、超短波電臺，無線集群系統及數字圖傳系統，作為前線指揮中心指揮應急救災工作。通過衛星鏈路將救災現場情況發送到中心站，為后方指揮中心提供決策依據。而在受災地區，當道路損毀車載站不能及時到達時，可迅速展開便攜式衛星通信地球站與后方恢復通信聯系，將災害現場的各類信息傳遞出來，為指揮中心制定救災方案提供直接依據。

3 結束語

自然災害無時無刻不在提醒著應急救災通信的重要性，也使人們認識到普通公眾通信網絡在突發災害面前的脆弱性。因此必須加強應急救災通信系統的建設，實現多種通信方式優勢互補，采取多種手段，保證一旦災害發生，能在第一時間保障救災通信的暢通，提高抗災救災能力。我國應急通信保障工作起步較晚，目前還處于起步發展階段，便攜式衛星通信地球站以其優勢特點，能夠在應急救災通信系統中發揮重要作用，有著廣泛的應用前景。

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