基于風云系列靜止衛星的信息傳輸研究

彭 耿， 衛 強， 蔡德榮

（海軍裝備研究院，北京 102249）

0 引言

衛星通信與其它通信手段相比，具有覆蓋范圍廣、通信距離遠、信號質量好、不受復雜地形限制等優點，如在赤道上空等距離布設3顆衛星即可實現南、北極之外的全球通信，一顆衛星單跳最遠通信距離可達到18000 km。正是由于衛星通信的諸多優點，通信衛星作為空間無線電通信站，可擔負戰略戰術各個層次、多種區域和各種類型通信任務[1]。世界各軍事大國都擁有自己的軍事衛星通信系統，并發射了幾代軍事通信衛星。

隨著海軍由“近海防御”向“近海防御與遠海防衛”轉型，要求在第一島鏈的附近海域具備近海綜合作戰能力，在西太平洋、印度洋北部海域具備遠海機動作戰能力。從通信作用距離、效率、可靠性等多方面綜合分析比較可知[2]，衛星通信將成為海軍完成上述作戰任務的主要通信手段，成為對海、對潛、對空一體化通信體系的重要組成部分。

文中在對風云系列靜止衛星的深入研究的基礎上，提出了基于風云系列靜止衛星的信息傳輸設想，作為提高我海軍衛星通信能力的一個手段，并進行了可行性論證、給出了典型應用場景。

1 風云系列靜止衛星研究

本節主要對風云系列靜止衛星展開深入研究，包括風云系列靜止衛星概況、風云系列靜止衛星的信息傳輸等。

1.1 風云系列靜止衛星概況

我國自1988年成功發射第一顆氣象衛星以來，先后成功發射了6顆極軌氣象衛星（風云一號和風云三號，編號為奇數）和7顆靜止氣象衛星（風云二號，編號為偶數）；同時，還建立了以接收風云衛星為主、兼收國外環境衛星的衛星地面接收和應用系統，在氣象減災防災、國民經濟和國防建設中發揮了顯著作用[3]。

按照我國地球靜止氣象衛星發展計劃，第一代為3個批次的風云二號衛星[4]：第一批次為FY-2A、FY-2B試驗衛星，第二批次為FY-2C、FY-2D、FY-2E業務衛星，第三批次為 FY-2F、FY-2G、FY-2H改進型業務衛星，目前 FY-2D、FY-2E、FY-2F在軌運行；第二代為風云四號衛星[5]，計劃發展光學、微波2種類型。光學衛星將按照東、西雙星進行雙星運行，西部星觀測區域覆蓋我國西部、印度洋、紅海和中東地區并西接歐洲，東部星觀測區域覆蓋我國中東部、擴大到廣大太平洋地區。微波衛星將單星運行，定點在以覆蓋國土為主的空間軌道。目前，風云四號已完成初樣研制，預計2015年前后發射首顆試驗星。

1.2 風云系列靜止衛星的信息傳輸

以風云二號衛星02批為例，介紹風云系列靜止衛星的信息傳輸。風云二號與地面的信息傳輸如圖1所示。

圖1 風云二號衛星與地面的信息傳輸

圖1包括廣州、烏魯木齊等測距副站（TARS1、TARS2），跟蹤與控制中心（TCC，即西安衛星測控中心和所屬測控站），指令與數據接收站（CDAS）并兼測距主站（MRS），系統運行控制中心（SOCC），數據處理中心（DPC），中規模數據利用站（MDUS），小規模資料利用站（SDUS），天氣圖接收站（WEFAX/S），數據收集平臺（DCP）。

MDUS、SDUS、WEFAX/S用于接收不同類型的氣象衛星數據，如原始云圖、遙感圖像產品、天氣圖傳真信息等，對象衛星包括風云二號、日本MTSAT、美國NOAA等。

DCP主要用于市、縣臺站及高山、海島、船舶、浮標、飛機、沙漠等人煙稀少地區，配置各類傳感器自動采集環境數據，并以UHF頻率向風云二號衛星發送，經專用轉發器發送到 CDAS，從而完成對各地氣象、水文、環境污染、地震、森林火災、洪水、干旱、臺風等的實時監測[6]。專用轉發器擁有100個國內通道、33個國際通道，國內通道的頻率范圍為401.101～401.398 MHz、間隔為0.75 kHz，國際通道的頻率范圍為402.0025～402.0985 MHz、間隔為3 kHz，總共可容納4000個DCP同時工作，只要此時的DCP在靜止型風云二號衛星以星下點為中心、占地球面積約1/4的廣闊覆蓋區域內。

2 信息傳輸設想

本節主要對基于風云系列靜止衛星的信息傳輸設想展開深入研究，包括可行性論證、典型應用場景等。

2.1 可行性論證

（1）設備適裝性。目前國內裝備的DCP為DCP-100型[6]，它由信號處理器、頻率綜合器、功放、監控、背射式天線、太陽能電池板、蓄電池等系統組成，工作溫度范圍為-40℃～+60℃，具備防潮、防霉、防鹽霧等三防性能，是供電電壓為 10.4～15VDC、發射功率為2～10 W的便攜式設備，可方便安裝在海上、陸上各類平臺或由單兵背負實現信息回傳。

（2）信息傳輸能力。DCP-100的信息傳輸速率為600 b/s，約為“北斗”衛星導航定位系統簡短數字報文通信能力[7]（設通信等級為每次傳輸 120漢字的最高級，每分鐘通信10次）的2倍多。以內容包含批號、時標、類別、航向、航速、經度、緯度、敵我屬性等參數的雷達情報格式報文為例，在數據壓縮率為 60%～70%時，每個目標點位信息的報文長度約為153～179 bit，則1個DCP-100每分鐘可回傳此類報文的數量不少于200條。

（3）傳輸覆蓋范圍。每顆靜止型風云二號衛星可覆蓋以星下點為中心、占地球面積約1/4的廣闊區域，當前在軌的FY-2D、FY-2E、FY-2F星分別定位于東經86.50、123.50、1120的赤道上空，根據東西、南北各60°的設計指標知總覆蓋范圍為60°S～60°N、26.5°E～183.5°E，如圖2所示，遠大于當前軍事通信衛星及“北斗”導航衛星的信息傳輸覆蓋范圍。

（4）傳輸安全性。針對新一代風云衛星探測資料種類繁多、資料發送方式多樣的特點，為保證某種探測資料在特定環境下的授權使用，文獻[8]設計了數據傳輸過程中的加解密算法，可保證數據安全傳輸，美、日、歐的部分氣象衛星數據傳輸已經采用了加解密技術；同時，也可通過數據壓縮、數字水印等信息處理手段進一步提高信息傳輸的安全性[9-10]。

圖2 在軌靜止型“風云二號”系列衛星的總體覆蓋范圍

（5）電磁兼容性。DCP-100的功率為2～10 W，電磁泄漏?。煌瑫r，工作頻率范圍為 401.101～401.398 MHz、402.0025～402.0985 MHz，僅占0.297＋0.096＝0.393 MHz的頻帶，與其它設備具有較好的電磁兼容性。

（6）可擴展性。目前，隨著接收系統前放噪聲的不斷降低，我國靜止氣象衛星接收系統的拋物面天線口徑已從6 m縮小到2 m左右，并且出現了0.6 m左右的小型平板式天線；同時，我國已研制成集接收機、比特同步器、幀同步器、計算機進機緩沖接口等功能的“一體化板”，使接收系統大為簡化、造價急劇降低[11]?？梢?，通過增加小型化的天線接收系統，在信息回傳的基礎上可實現數據接收的功能擴展。

2.2 典型應用場景

（1）回傳海洋?。摚恕刹旄?、UUV、固定錨系目標等遠海平臺的水文氣象、偵察情報等業務信息，及平臺位置、航向、航速、工作狀態等活動情況信息。

（2）利用 DCP國際通道的合法性，在應急情況下境外人員隱蔽回傳信息。

（3）定時回傳遠海區域的水面艦艇、飛機等平臺的活動情況信息。

3 結語

在闡述衛星通信重要意義的基礎上，分析了我海軍現有衛星通信能力的不足，進而通過對風云系列靜止衛星的深入研究，提出了基于風云系列靜止衛星的信息傳輸設想，并進行了可行性論證，給出了典型應用場景，以期增強軍事信息傳輸能力。

[1]尹志忠,陳靜毅,周賢偉.美軍衛星通信系統的發展及其技術研究[J].通信技術,2009,42(11):55-58.

[2]呂振肅,劉忠學,王連勝,等.現代通信技術在海上搜救中的應用[J].通信技術,2010,43(11):45-48.

[3]許健民,楊軍,張志清,等.我國氣象衛星的發展與應用[J].氣象,2010,36(07):94-100.

[4]邱康睦.風云二號氣象衛星及其應用前景[J].中國空間科學技術,1994(03):41-48.

[5]王素娟,郭強,許健民.FY-4氣象衛星用導航星選取方法[J].應用氣象學報,2010,21(02):149-156.

[6]胡玉峰,吳乃軍.FY-2號氣象衛星數據采集平臺（DCP）在自動氣象站數據傳輸中的應用[C]//中國氣象學會2006年年會“衛星遙感技術進展及應用”分會場.成都:中國氣象學會,2006:56-58.

[7]解劍,解瑩.基于衛星導航的交通信息采集系統應用研究[C]//第十三屆全國遙感遙測遙控學術年會.哈爾濱:中國電子學會遙感遙測遙控分會,2012:696-698.

[8]崔鵬,楊軍,施進明,等.加解密技術在我國新一代氣象衛星數據傳輸中的應用[J].氣象科技,2006,34(02):233-236.

[9]瑞通公司.3G移動通信系統的安全體系與防范策略[J].信息安全與通信保密,2009(08):22-23.

[10]程翔,陳恭亮,李建華,等.基于北斗衛星導航系統的數據安全應用[J].信息安全與通信保密,2011(06):43-45.

[11]朱愛軍,徐建平.氣象衛星數據傳輸的發展[J].氣象科技,2005,33(04):295-299.