衛(wèi)星通信在應(yīng)急通信中的應(yīng)用及思考

段 斌

（云南省曲靖市消防救援支隊(duì)，云南 曲靖 655000）

1 衛(wèi)星通信的基本介紹

衛(wèi)星通信是指利用人造衛(wèi)星提供各點(diǎn)之間的信息通信鏈路，在全球電信系統(tǒng)中有著非常重要的意義。大約有2 000顆繞地球軌道運(yùn)行的人造衛(wèi)星同時(shí)接收全球一個(gè)或者多個(gè)地點(diǎn)的語音、視頻以及數(shù)據(jù)信號(hào)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常由空間段（包含衛(wèi)星和測控）和地面段（地球站）組成。空間段以衛(wèi)星為主體，包括地面衛(wèi)星控制中心（Satellite Control Center，SCC）及其跟蹤、遙測和指令站（Telemetry、Track and CommandTT&C），地面段包含支持用戶訪問衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器來實(shí)現(xiàn)用戶間通信的所有地面設(shè)施。地球站是地面段的主體，提供用戶與衛(wèi)星的連接鏈路。除地球站外，還有陸地鏈路，即用戶終端間及用戶終端與地球站連接的地面設(shè)備。衛(wèi)星通信線路是包括無線電波到基帶信號(hào)在內(nèi)的整個(gè)線路，由發(fā)端地球站、上行線路、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、下行線路以及收端地球站所組成。衛(wèi)星通信地球站有固定站（大、中、小型）、移動(dòng)站（如船載、車載、機(jī)載）以及可搬移站（含背負(fù)式和便攜式超小型流動(dòng)站）等不同類型。單個(gè)衛(wèi)星通信地球站一般由天線分系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)、接收機(jī)分系統(tǒng)、通信控制分系統(tǒng)、信道終端設(shè)備分系統(tǒng)以及電源分系統(tǒng)6大部分組成。在人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷男l(wèi)星通信設(shè)備有天通、海事以及依星等衛(wèi)星電話[1-6]。衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)如圖1所示。

圖1 衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)示意圖

2 衛(wèi)星通信的特點(diǎn)

2.1 主要優(yōu)點(diǎn)

衛(wèi)星通信距離遠(yuǎn)，克服了地面微波中繼所面臨的地球曲面影響，一次中繼距離可達(dá)40 000 km。服務(wù)范圍廣，包括衛(wèi)星移動(dòng)電話、衛(wèi)星直播、衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播、互聯(lián)網(wǎng)接入以及高速寬帶多媒體接入等業(yè)務(wù)。通信質(zhì)量好，不受地理?xiàng)l件限制，衛(wèi)星通信中電磁波主要在大氣層以外傳播，而宇宙空間近似于真空狀態(tài)，因而電波在其中傳播時(shí)傳輸特性比較穩(wěn)定。電離層外面的空間傳播可認(rèn)為自由空間傳播，大氣層中傳播可在此基礎(chǔ)上加以修正，因此常認(rèn)為衛(wèi)星信道傳播為恒參信道。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面通信基礎(chǔ)設(shè)施相對獨(dú)立，網(wǎng)絡(luò)路由簡潔，對于稀業(yè)務(wù)密度地區(qū)有重要意義。特別是在自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，承擔(dān)應(yīng)急通信的衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常采用車載寬帶終端設(shè)備和背負(fù)式輕便攜設(shè)備建立通信鏈路。在進(jìn)行衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，具有時(shí)間短和受自然災(zāi)害影響小等優(yōu)點(diǎn)。不管是在沙漠之地還是高寒地區(qū)都能夠結(jié)合衛(wèi)星系統(tǒng)的通信設(shè)備，快速、實(shí)時(shí)并準(zhǔn)確地傳遞內(nèi)部和外界的數(shù)據(jù)資料信息。在自然災(zāi)害等緊急情況發(fā)生時(shí)，可以調(diào)整衛(wèi)星系統(tǒng)運(yùn)營單位的寬帶規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)對應(yīng)急區(qū)域通信資源的調(diào)整保證。此外網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快且成本低，除建地面站外，無需地面施工，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。衛(wèi)星通信系統(tǒng)是地面公用網(wǎng)的補(bǔ)充、擴(kuò)展與備份，通信成本與通信距離無關(guān)。

2.2 主要缺點(diǎn)

一是發(fā)射和控制技術(shù)復(fù)雜。由于衛(wèi)星系統(tǒng)中所有鏈路均是無線鏈路，而且衛(wèi)星的位置還可能處于不斷變化中，因此控制系統(tǒng)也較為復(fù)雜。控制方式有星間協(xié)商和地面集中控制兩種。二是傳播時(shí)延長。低軌道用戶間單跳信號(hào)傳播延遲一般小于10 ms，中軌道衛(wèi)星一般小于50 ms，高軌道衛(wèi)星一般為250 ms，用于話音業(yè)務(wù)時(shí)有非常明顯的中斷。三是受外太空影響大，存在日凌和星蝕現(xiàn)象。日凌情況下，衛(wèi)星處于地球和太陽之間，并處于一條直線上時(shí)，地球站天線在對準(zhǔn)衛(wèi)星的同時(shí)也對準(zhǔn)了太陽，太陽處于地球站天線的波束內(nèi)。此時(shí)的太陽就像一個(gè)極大的噪聲源完全淹沒了衛(wèi)星的信號(hào)，一般情況下最大中斷時(shí)間約為10 min。日蝕情況下，地球的陰影將衛(wèi)星遮擋，使得衛(wèi)星上太陽能電池不能工作，衛(wèi)星的工作能源必須由電池共給，導(dǎo)致功率不足[7]。

3 衛(wèi)星通信在應(yīng)急通信當(dāng)中的應(yīng)用

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由于具有三維無縫覆蓋能力、獨(dú)特靈活的普遍服務(wù)能力、覆蓋區(qū)域的可移動(dòng)能力、廣域復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成能力、廣域Internet交互連接能力、特有的廣域廣播與多播能力以及對應(yīng)急救災(zāi)的快速靈活與安全可靠的支持能力等特點(diǎn)，因此已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)全球通信不可或缺的手段之一。

3.1 應(yīng)用于突發(fā)公共事件中

突發(fā)公共事件是指突然發(fā)生、造成或者可能造成嚴(yán)重社會(huì)危害，需要采取應(yīng)急處置措施予以應(yīng)對的自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事件以及社會(huì)安全事件。這些事件對社會(huì)大眾的財(cái)產(chǎn)和生命有時(shí)會(huì)帶來災(zāi)難和毀滅，這種損害是剛性不可逆轉(zhuǎn)的，一旦發(fā)生，就必須動(dòng)員必要的力量和資源進(jìn)行緊急救援，力爭將損失減少到最低程度。當(dāng)這類事件發(fā)生時(shí)，通常都會(huì)對當(dāng)?shù)氐耐ㄐ呕A(chǔ)設(shè)施造成影響，常規(guī)的移動(dòng)通信很可能會(huì)因?yàn)樵拕?wù)量集中、自然或人為坡壞等因素導(dǎo)致無法正常運(yùn)行。但是作為一種獨(dú)立有保障的通信手段，衛(wèi)星通信能夠?qū)⑹录l(fā)生現(xiàn)場的情況以及場景及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)送給應(yīng)急管理部門，重要的處置決策等也可以及時(shí)準(zhǔn)確地下達(dá)至前線救援力量，以此減少這一類社會(huì)事件的實(shí)際危害[8,9]。

3.2 應(yīng)用于森林火災(zāi)撲救中

觀察有關(guān)數(shù)據(jù)得到，我國平均每年都會(huì)發(fā)生上千起的森林火災(zāi)，僅2019年全國就發(fā)生森林火災(zāi)2 000余起，由此造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重。大多數(shù)森林火災(zāi)發(fā)生地一般都遠(yuǎn)離城市或位于城市邊緣地帶，這些地區(qū)地理?xiàng)l件復(fù)雜，人跡罕見，公用網(wǎng)絡(luò)通信基地設(shè)施薄弱，一旦發(fā)生森林火災(zāi)，容易導(dǎo)致火情信息傳遞不及時(shí)，錯(cuò)過撲救初期火災(zāi)的最佳時(shí)機(jī)，使小火變大火，造成人員傷亡和重大經(jīng)濟(jì)損失。此時(shí)，應(yīng)用衛(wèi)星通信技術(shù)補(bǔ)齊公用網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施建設(shè)短板，就能夠及時(shí)將火災(zāi)現(xiàn)場情況通過衛(wèi)星通信中的視頻、語音業(yè)務(wù)將火情適時(shí)快速地傳遞至后方滅火救援指揮部，從而為科學(xué)制定滅火救援方案、快速撲滅火災(zāi)以及降低人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失提供決策參考。目前，我國消防救援部門通過租用衛(wèi)星信道已建立了以衛(wèi)星地面站、衛(wèi)星便攜站、手持衛(wèi)星電話、公網(wǎng)單兵圖傳、公網(wǎng)集群對講以及無人機(jī)偵察系統(tǒng)等主要通信設(shè)備為主的消防救援應(yīng)急通信保障體系，并在全國多次有影響的森林火災(zāi)撲救中得到了應(yīng)用。消防救援應(yīng)急通信拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖2 消防救援應(yīng)急通信拓補(bǔ)圖

3.3 應(yīng)用于自然災(zāi)害救援行動(dòng)中

在發(fā)生臺(tái)風(fēng)、地震以及洪澇等自然災(zāi)害時(shí)，公網(wǎng)通信基本癱瘓，為了能夠快速啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案措施，往往需要啟用衛(wèi)星通信系統(tǒng)及時(shí)傳遞災(zāi)情信息，為政府救災(zāi)行動(dòng)提供科學(xué)的決策參考，從而達(dá)到快速組織救援力量，實(shí)施精準(zhǔn)救援。在2018年8月山東壽光和2020年6月的廣西陽朔地區(qū)，因連續(xù)強(qiáng)降雨，造成城區(qū)及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)大范圍內(nèi)澇，部分地區(qū)居民只能上到房頂避險(xiǎn)，交通、電力以及公網(wǎng)全部中斷，受災(zāi)最嚴(yán)重地區(qū)與外界失去聯(lián)系達(dá)數(shù)天。當(dāng)時(shí)的消防救援人員及時(shí)啟用了衛(wèi)星便攜站、衛(wèi)星電話以及無人機(jī)組合偵察措施，駕駛沖鋒舟深入災(zāi)區(qū)，開展大范圍災(zāi)情偵察并及時(shí)將第一手災(zāi)情資料上傳至政府應(yīng)急部門，為科學(xué)制定救災(zāi)措施、救援力量部署以及最大限度保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全贏得了寶貴的“黃金”救援時(shí)間。

3.4 應(yīng)用于邊疆遠(yuǎn)洋應(yīng)急通信中

對于遠(yuǎn)洋地區(qū)或者邊疆偏遠(yuǎn)地區(qū)，受地理環(huán)境和建設(shè)成本控制的影響，一般的地面通信無法實(shí)現(xiàn)完全覆蓋，且因氣象環(huán)境復(fù)雜，對設(shè)備的可靠性和環(huán)境適應(yīng)力要求高，導(dǎo)致地面通信設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)成本較高，通過部署移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)或攜帶手持衛(wèi)星終端就能夠很好地解決此類場景應(yīng)急使用問題。如攀登珠峰的直播，由于信號(hào)的強(qiáng)弱受海拔高度變化的影響，對于5000 m之上高度的珠峰來說，相對于高難度和高成本的永久性建設(shè)與維護(hù)公網(wǎng)，通過部署移動(dòng)衛(wèi)星通信資源就能夠完全滿足各類主流媒體在直播中對網(wǎng)絡(luò)的使用需求。

3.5 應(yīng)用于各項(xiàng)重大活動(dòng)突發(fā)話務(wù)高峰中

隨著我國綜合國力的增強(qiáng)和國際地位的提高，在我國境內(nèi)舉辦的國際性會(huì)議、會(huì)展、大型體育賽事以及各類節(jié)日節(jié)慶活動(dòng)逐年增加，舉辦場次、參加人員及舉辦規(guī)模上屢創(chuàng)新高。伴隨這類活動(dòng)的舉辦，因人員大量聚集導(dǎo)致活動(dòng)現(xiàn)場易出現(xiàn)突發(fā)性話務(wù)高峰，容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)堵塞通信不暢。為節(jié)約部署成本滿足突發(fā)性臨時(shí)需求，經(jīng)常在這類有大量人員集聚場所臨時(shí)設(shè)置衛(wèi)星通信應(yīng)急通信車，安排多個(gè)衛(wèi)星接入模塊，為活動(dòng)現(xiàn)場提供穩(wěn)定安全的通信鏈路，保障活動(dòng)的臨時(shí)性應(yīng)急需求。

4 應(yīng)急通信體系的建立和發(fā)展現(xiàn)狀

我國真正意義上的應(yīng)急管理體系是在2003年的“非典”疫情之后開始建立。2007年11月1日出臺(tái)的《中華人民共和國突發(fā)事件應(yīng)對法》正式實(shí)行，其中的第33條明確指出，國家建立健全應(yīng)急通信保障體系，完善公用通信網(wǎng)，建立有線與無線相結(jié)合、基礎(chǔ)電信網(wǎng)絡(luò)與機(jī)動(dòng)通信系統(tǒng)相配套的應(yīng)急通信系統(tǒng)，確保突發(fā)事件應(yīng)對工作的通信暢通。這一法規(guī)的出臺(tái)，為我國的應(yīng)急通信體系建設(shè)指明了方向。我國應(yīng)急通信體系建設(shè)經(jīng)歷了十幾年的各項(xiàng)突發(fā)應(yīng)急事件考驗(yàn)，應(yīng)急通信保障的經(jīng)驗(yàn)得到了不斷的提升，應(yīng)急通信體系也得到了進(jìn)一步的增強(qiáng)，隨之應(yīng)急法規(guī)政策與預(yù)案體系也逐步健全。伴隨著國內(nèi)通信事業(yè)與電子政務(wù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，每一個(gè)地區(qū)基本建立了覆蓋到市（縣）鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）級(jí)的通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這也為應(yīng)急通信系統(tǒng)的建設(shè)提供了良好的基礎(chǔ)條件。各級(jí)政府和相關(guān)部門在進(jìn)行信息化建設(shè)的過程當(dāng)中，很多區(qū)域都規(guī)劃或已建立起服務(wù)職能部門的應(yīng)急指揮管理系統(tǒng)。在防御重大災(zāi)害與突發(fā)事件的過程當(dāng)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，為全面建設(shè)落實(shí)國家應(yīng)急平臺(tái)建設(shè)打下了基礎(chǔ)，與此同時(shí)也積累了很多的經(jīng)驗(yàn)。但是，在現(xiàn)實(shí)的工作中，各個(gè)地方的應(yīng)急平臺(tái)建設(shè)發(fā)展依然不夠平衡，應(yīng)急功能設(shè)備還不夠完善，信息資源與平臺(tái)系統(tǒng)有待整合，資源開放與共享也有待提高[10]。

5 結(jié) 論

衛(wèi)星通信在發(fā)生自然災(zāi)害或者其他重大突發(fā)事件的時(shí)候，其距離遠(yuǎn)、帶寬寬、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快、部署簡單以及運(yùn)維成本低等特點(diǎn)，決定了衛(wèi)星通信在應(yīng)急通信中的優(yōu)勢地位，在今后一段時(shí)期將是政府應(yīng)急指揮中的重要保底手段。

將衛(wèi)星通信運(yùn)用到應(yīng)急通信系統(tǒng)中，能夠滿足政府職能部門應(yīng)對和處置各類突發(fā)公共事件時(shí)對信息通信的需求。在地面通信網(wǎng)絡(luò)沒有辦法發(fā)揮作用的時(shí)候，可以利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)建立應(yīng)急通信中心，促進(jìn)應(yīng)急狀態(tài)下的信息通信技術(shù)更好的發(fā)揮作用，在未來的應(yīng)急通信建設(shè)和發(fā)展中應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步深入研究衛(wèi)星通信在應(yīng)急通信保障中的效能，為應(yīng)急救援提供全方位的通信網(wǎng)絡(luò)支撐。