有關(guān)集成化消防衛(wèi)星單兵通信設(shè)備的研究

王金生

（甘肅省消防救援總隊(duì)，甘肅 蘭州 730070）

目前，在我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的環(huán)境下，城市中的消防安全問題、自然災(zāi)害問題等嚴(yán)重威脅著社會的發(fā)展質(zhì)量，為了給人民群眾創(chuàng)造高質(zhì)量的安全保障，消防救援機(jī)構(gòu)工作任務(wù)及壓力不斷上升。因此，為了有效控制不同情況的安全事故以及災(zāi)害、消防通信問題，需要各方單位重視，在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的環(huán)境下，保證消防衛(wèi)星單兵通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)升級與完善，為之后的消防工作質(zhì)量提升做出準(zhǔn)備。

1 消防救援現(xiàn)場安全問題中通信現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)場通信混亂

（1）信道堵塞。就當(dāng)前我國消防機(jī)構(gòu)使用的無線通信設(shè)備來說，使用的設(shè)備主要是半雙工通信終端，應(yīng)用原理為在雙方進(jìn)行通話的過程中，其使用的無線信道可能會被占用，其他通信參與人員在交流中可能會受到外在因素影響。尤其是在一些重特大災(zāi)害事故現(xiàn)場，消防各級人員溝通中，均需要使用消防設(shè)備。在并未實(shí)現(xiàn)信道劃分或是信道缺乏明確性的情況下，不同區(qū)域消防人員在實(shí)際的消防戰(zhàn)斗中，會在同一頻段之下進(jìn)行通信，導(dǎo)致消防隊(duì)伍的指揮人員不知道下達(dá)的命令是否準(zhǔn)確，消防員也不知道傳達(dá)的命令是否是對于自身所在的班組，嚴(yán)重影響消防隊(duì)伍各級救援人員之間的溝通，造成消防救援現(xiàn)場錯失最佳救援時機(jī)。

為了彌補(bǔ)通信消防單兵中存在的弊端，滿足不同救援場景下的需求，衛(wèi)星消防單兵補(bǔ)充了消防單兵發(fā)展技術(shù)上的空白，與通信式消防單兵展現(xiàn)出優(yōu)勢互補(bǔ)的效果。在技術(shù)發(fā)展的環(huán)境下，衛(wèi)星消防單兵的應(yīng)用逐漸開始普及，通過北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，我國的消防單兵呈現(xiàn)高速升級狀態(tài)，但目前我國的各種類型的單兵仍舊有完善的空間，需要在不斷實(shí)踐與研究中發(fā)展。

（2）終端設(shè)備冗雜。為保證消防機(jī)構(gòu)中戰(zhàn)斗小組的指揮工作的順利推進(jìn)，基層的消防隊(duì)伍現(xiàn)階段可選擇配備的無線通信終端包含多種形式展開工作。具體為終端車載、公網(wǎng)集群、車載臺、對講機(jī)等設(shè)備。在消防救援隊(duì)伍處于重特大災(zāi)害事故現(xiàn)場或多力量聯(lián)合作戰(zhàn)中，為提升事故現(xiàn)場與外界的溝通質(zhì)量，現(xiàn)場可以組建通信網(wǎng)絡(luò)，將該通信網(wǎng)絡(luò)分成不同級別，分為滅火救援一級、二級與三級網(wǎng)。二級網(wǎng)主要是指揮人員與上級溝通的通信網(wǎng)絡(luò)。三級網(wǎng)，更多地是指揮人員將任務(wù)精準(zhǔn)傳遞到各個消防隊(duì)伍之中。在極端環(huán)境下，消防戰(zhàn)斗實(shí)際轉(zhuǎn)瞬即逝，這也會導(dǎo)致通信效率隨之降低，影響消防隊(duì)伍指揮人員在事故及災(zāi)害現(xiàn)場的決策。引入衛(wèi)星通信技術(shù)的重要性逐漸突顯。

1.2 通信終端攜帶不便

（1）通信終端不利于執(zhí)勤備戰(zhàn)。當(dāng)前，基層中隊(duì)使用的設(shè)備工作時間難以保證，在目前執(zhí)勤備戰(zhàn)的過程中，需要通過長時間的蓄電準(zhǔn)備保證消防救援，這也導(dǎo)致終端存放位置受到局限，各個消防隊(duì)伍對講設(shè)備存放位置欠妥，可能會因?yàn)榇娣盼恢萌鄙俳y(tǒng)一性而造成遺失、遺漏等問題，在緊急事故的環(huán)境下，對講通信設(shè)備的發(fā)放耗費(fèi)大量時間，一分鐘出警的要求難以保證。

（2）終端不利于攜帶。就當(dāng)前我國部分消防機(jī)構(gòu)的通信設(shè)備來說，大量消防機(jī)構(gòu)在對于消防戰(zhàn)斗中存在的問題展開分析中發(fā)現(xiàn)，通信終端存在大量問題，主要問題就是在電源、體積等方面的問題上。其中，體積是影響消防機(jī)構(gòu)中消防隊(duì)伍作戰(zhàn)質(zhì)量的重要因素，由于消防隊(duì)員在執(zhí)行任務(wù)中需要穿戴滅火救援戰(zhàn)斗服，服裝缺少靈敏性，通信設(shè)備的使用便捷度較低，可能會影響事故現(xiàn)場正常的溝通。

2 當(dāng)前消防單兵通信裝備的發(fā)展面對的問題

2.1 信道阻塞問題的解決

信道阻塞問題是目前我國消防溝通中最常見的問題，消防機(jī)構(gòu)中各部門在通信信道的使用方面缺少規(guī)范性，應(yīng)急能力仍舊有待完善，信道的通暢度難以保持。消防隊(duì)伍中，各消防救援站指揮隊(duì)員通信需要保持通道的一致性，目前，消防單兵通訊設(shè)備的信道傳輸中，仍舊存在阻塞問題，通信裝備需進(jìn)行升級。除此之外，在各消防救援站下轄微型站、小型站需要與其他班組的通信通道保持一致，避免信道交叉問題出現(xiàn)，而消防微型單兵的應(yīng)用，能夠有效控制消防隊(duì)伍中消防人員的溝通效率，防止消防戰(zhàn)斗最佳營救時機(jī)抓取出現(xiàn)延誤。

2.2 將各類高集成度消防單兵通信設(shè)備引入消防工作中

就當(dāng)前我國消防機(jī)構(gòu)中消防通信的設(shè)備來說，部分區(qū)域的設(shè)備更新仍舊處于滯后狀態(tài)，且現(xiàn)存的消防通信設(shè)備仍舊有大量的傳統(tǒng)通信設(shè)備，其占地面積較大、質(zhì)量較重、移動困難，電量存儲能力有限。為控制該項(xiàng)問題，我國已經(jīng)積極展開了通信設(shè)備的研究，希望在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上，利用數(shù)字化技術(shù)以及衛(wèi)星通信技術(shù)，完成消防單兵無線通信設(shè)備的升級，加強(qiáng)其余消防人員的聯(lián)系，提升其使用的便捷性，在通信設(shè)備的體積上、重量上加強(qiáng)控制，引進(jìn)并應(yīng)用平板天線技術(shù)，提升通信效率的同時，保證消防人員攜帶的便捷性，在蓄電能力上加以研究，提升消防救援速度，并解決其中存在信號阻塞的相關(guān)問題，防止指揮人員在使用通信終端應(yīng)用中產(chǎn)生故障。

3 消防衛(wèi)星單兵集成優(yōu)化

3.1 消防衛(wèi)星單兵通信裝備構(gòu)成

當(dāng)前，我國便攜式單兵衛(wèi)星通信設(shè)備主要被分成幾個類別，包含全自動與手動衛(wèi)星通信裝備，主要有天線、饋源、BUG、LNB、MODEM、支架、自動調(diào)星系統(tǒng)、手動尋星儀、便攜供電設(shè)備及通信終端設(shè)備構(gòu)成。BUG即上變頻功率放大器，功能是將衛(wèi)星MODEM輸出的L波段無線信號轉(zhuǎn)化成為高頻的射頻信號傳送至C波段、KA波段或是KA波段衛(wèi)星。

圖1 國內(nèi)消防單兵便攜式衛(wèi)星通信裝備現(xiàn)場測試圖

LNB為低訊降頻放大器，LNB構(gòu)成為LNB與LNC組成，其中LNC包含混頻器、本機(jī)振蕩器等組合而成。LNB按照工作頻段一般可分為C頻和KU頻。主要是由于衛(wèi)星信號在抵達(dá)天線時已經(jīng)處于較為微弱的狀態(tài)，且無線電信號在同軸電纜傳輸之中頻率越高信號損耗越大，因此需要通過LNB將信號放大，以保證信號質(zhì)量，防止其他外在因素對信號產(chǎn)生影響。

圖2 便攜式消防單兵衛(wèi)星通信裝備構(gòu)成圖

3.2 天線優(yōu)化

傳統(tǒng)模式下，探險接收系統(tǒng)的主要構(gòu)成為，拋物面反射板、饋源、高頻頭、衛(wèi)星接收機(jī)等組合而成，形成地面接收站。其中拋物片反射板的主要工作內(nèi)容為將形成的衛(wèi)星信號反射到相應(yīng)的設(shè)備之上，反射角點(diǎn)主要為饋源與高頻頭之中。饋源其主要功能被分成兩個部分：

（1）完成電磁波信號的接收工作，保證天線的接收信號質(zhì)量，轉(zhuǎn)換成為信號電壓，完成傳遞工作，終端為高頻頭。

（2）完成接收電磁波的極化轉(zhuǎn)換工作。我國1990年左右，衛(wèi)星通信行業(yè)處于高速發(fā)展階段，其具有質(zhì)量較輕、體積小、占用空間較小、風(fēng)阻小以及傳輸效率高等特點(diǎn)，其在出現(xiàn)之后，獲得了行業(yè)內(nèi)各方人員的關(guān)注。新型天線相較于傳統(tǒng)的天線來說，二者有很大區(qū)別，反射式拋物面天線的接收方式為，一次或二次反射式天線接收形式展開。但是，新型的平板式接收天線接收方式更加直接。除此之外，受當(dāng)時該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展影響，該項(xiàng)技術(shù)擁有主體主要是在其他的亞洲國家手中，我國以引進(jìn)方式為主，需要投入大量資金獲取儀器，價格相對較高。

近年來，板狀衛(wèi)星天線的應(yīng)用被行業(yè)中各用戶重視，這些天線以國產(chǎn)為主，價格相對較低，應(yīng)用的普及度較高。現(xiàn)今，世界上的平板天線類型呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，種類繁多，具體被分成振子式、縫隙式等多種，應(yīng)用的優(yōu)勢主要為占用的空間較小、移動靈活度較高、風(fēng)阻小、拆解難度低，天線內(nèi)置的高頻頭是提升設(shè)備一體化的重要形式。同時，板狀天線的信號接收效率與傳統(tǒng)反射式拋物面天線相比較高，比較適用于開發(fā)便攜式消防單兵裝備，能夠降低消防人員的負(fù)重負(fù)擔(dān)，為之后的消防通信提供便利。

3.3 設(shè)備集成

當(dāng)前，我國集成化消防單兵應(yīng)用中，便攜式消防單兵裝備數(shù)量龐大、普及度較高，若采用的反射式拋物面天線，在運(yùn)輸過程中會利用集裝箱完成包裝：（1）體積大、攜帶難度大。（2）其他功能難以與天線完成結(jié)合，導(dǎo)致其便捷性與適用性難以保證。平板天線投入使用中，天線內(nèi)置高頻頭有效保證了設(shè)備的一體化特征，與此同時，不同設(shè)備能夠以固定的形式安裝在板狀天線的背部，保證其一體化性能。

3.4 供電方式

當(dāng)前，我國集成化便攜式消防單兵相較于預(yù)期的便攜單兵應(yīng)用目標(biāo)，仍舊有一定的差距，主要是在消防救援車輛進(jìn)入現(xiàn)場的過程中，到達(dá)現(xiàn)場之后由單兵選取車輛附近的空地完成衛(wèi)星通信工作。由于裝備附近存在可以利用的供電設(shè)備，沒有必要研發(fā)其他供電設(shè)備。就目前我國消防單兵的應(yīng)用來說，在功能得以保證的情況下，移動終端設(shè)備的供電需要保證，防止在作戰(zhàn)中出現(xiàn)失聯(lián)問題，難以精準(zhǔn)報道現(xiàn)場位置以及戰(zhàn)斗情況，就目前我國移動通信設(shè)備的問題來說，通信信號保證的同時，使用時長也應(yīng)不斷提升，尤其是在面對嚴(yán)重火災(zāi)問題、洪水災(zāi)害、以及其他極端天氣的情況下，長時間的作戰(zhàn)需要通信上的支持，手持通信設(shè)備需要選擇體積小、存電能力強(qiáng)的電池，鋰電池是當(dāng)前的最佳選擇，如有需要，可配備手持型發(fā)電設(shè)備，為長時間的作戰(zhàn)做好保障。

4 集成化衛(wèi)星消防單兵升級展望

4.1 集中供電

消防衛(wèi)星單兵通信系統(tǒng)的建設(shè)中，可以加強(qiáng)對于我國其他機(jī)構(gòu)及相關(guān)部門的學(xué)習(xí)。例如，我國的特警通信裝備中，衛(wèi)星通信設(shè)備集成度較高，可在特警人員的作戰(zhàn)服之上安裝可移動的供電設(shè)備，設(shè)置充電端口，使移動終端設(shè)備始終保持在蓄電狀態(tài)。因此，消防隊(duì)伍在外出作戰(zhàn)之中，也可以采用該種作戰(zhàn)服的設(shè)計(jì)、完成移動通信設(shè)備在作戰(zhàn)服上的安裝。由于消防機(jī)構(gòu)在作戰(zhàn)中需要進(jìn)入火場，作戰(zhàn)具有特殊性，移動電源使用可能存在危險，在提升移動通信設(shè)備蓄電能力上可加強(qiáng)重視，消防隊(duì)伍人員在未作戰(zhàn)狀態(tài)下，通信設(shè)備處于充電狀態(tài)，在消防人員著裝之前將電源斷開即可。

4.2 提升集成化衛(wèi)星消防單兵使用便捷度

消防人員完成作戰(zhàn)服穿戴之后，消防隊(duì)伍成員為保證手部運(yùn)用的靈活性，只需要將作戰(zhàn)服上的耳機(jī)帶到頭上，即可保證即時溝通的目標(biāo)達(dá)成，集成裝置中包含2套通信設(shè)備，一套為向上級指揮人員溝通，另一套為同級之間的交流，規(guī)避交流傳輸出現(xiàn)混亂的問題。

5 結(jié)語

綜上所述，本文主要針對集成化消防單兵通信設(shè)備的使用現(xiàn)狀，以及我國消防戰(zhàn)斗中通訊問題展開研究。在了解消防單兵集成通信設(shè)備的應(yīng)用原理的同時，分析其中存在的問題，并通過各種手段完成優(yōu)化，提升消防人員在實(shí)際作戰(zhàn)中的戰(zhàn)斗效率，抓住最佳的救援時機(jī)，為之后的消防機(jī)構(gòu)作戰(zhàn)質(zhì)量提升打牢基礎(chǔ)。