應(yīng)急救援便攜式衛(wèi)星站通信業(yè)務(wù)終端集成問題研究

摘要：新時(shí)期，隨著衛(wèi)星與通信技術(shù)的快速發(fā)展，便攜式衛(wèi)星站成為應(yīng)急救援工作的先決條件。便攜式衛(wèi)星站是一種由通信傳輸系統(tǒng)、通信終端系統(tǒng)共同組成的小型衛(wèi)星服務(wù)站，具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠、便捷等特點(diǎn)，是衛(wèi)星移動(dòng)通信在應(yīng)急救援應(yīng)用中的有效補(bǔ)充，對(duì)于開展應(yīng)急救援工作時(shí)，保持通信暢通有著重要意義。目前，我國(guó)應(yīng)急救援便攜式衛(wèi)星站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用主要面臨著通信業(yè)務(wù)終端集成的問題。為了推動(dòng)該方面技術(shù)的發(fā)展，文章主要對(duì)便攜式衛(wèi)星站的通信集成終端問題進(jìn)行了分析，并提出了一些技術(shù)性建議，以供參考。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急救援通信系統(tǒng)；便攜式衛(wèi)星站；通信業(yè)務(wù)；系統(tǒng)終端集成；問題分析

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.03.059

中圖分類號(hào)：TN 927.2" " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）03-0-03

Research on Integration of Communication Service Terminal of Emergency Rescue Portable Satellite Station

XU Wenquan

（Shiyan Branch of Hubei Xinchan Communication Service Co.， Ltd.， Shiyan 442000，China）

Abstract： In the new era， with the rapid development of satellite and communication technology， portable satellite stations have become a prerequisite for emergency rescue. The essence of portable satellite station is a small satellite service station composed of communication transmission system and communication terminal system. It has the characteristics of economy， practicality， reliability and convenience. It is an effective supplement of satellite mobile communication in emergency rescue applications. It is of great significance to keep communication unblocked when emergency rescue work is carried out. At present， the design and application of emergency rescue portable satellite stations in China are mainly faced with the problem of communication service terminal integration. In order to realize the development of this technology， this paper mainly analyzes the problems of communication integrated terminal of portable satellite station， and puts forward some technical suggestions to promote its application and development.

Key words： emergency rescue communication system; portable satellite station; communication service; system terminal integration; problem analysis

應(yīng)急救援是我國(guó)政府應(yīng)急管理職能之一，主要面對(duì)自然災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、火災(zāi)等開展搶險(xiǎn)救援工作，目的就是保證廣大人民群眾的生命安全，維護(hù)社會(huì)公共財(cái)產(chǎn)安全。在進(jìn)行應(yīng)急救援時(shí)，由于環(huán)境因素的影響，很容易導(dǎo)致災(zāi)害區(qū)域出現(xiàn)通信中斷的問題，因此，便攜式衛(wèi)星站就成為應(yīng)急救援工作中衛(wèi)星通信系統(tǒng)的有效補(bǔ)充。就當(dāng)前而言，在我國(guó)衛(wèi)星通信技術(shù)研究領(lǐng)域，應(yīng)急救援便攜式衛(wèi)星站通信業(yè)務(wù)終端集成技術(shù)，仍然存在很大的發(fā)展空間。本文首先給出了應(yīng)急救援便攜式衛(wèi)星站的系統(tǒng)組成，并介紹系統(tǒng)的功能，然后分析便攜式衛(wèi)星站通信業(yè)務(wù)終端集成問題，提出一些技術(shù)措施，促進(jìn)應(yīng)急救援便攜式衛(wèi)星站通信業(yè)務(wù)終端集成系統(tǒng)的完善。

1" 便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)的組成及其功能

1.1 系統(tǒng)組成

便攜式衛(wèi)星站是一種以便于攜帶的箱體為信號(hào)載體，由衛(wèi)星通信設(shè)備、供電設(shè)備、便攜式衛(wèi)星天線及移動(dòng)通信服務(wù)終端等組成的衛(wèi)星通信地球站，其特點(diǎn)就是可移動(dòng)、體積小、便于攜帶。目前，在應(yīng)急救援領(lǐng)域，常用的便攜式衛(wèi)星站系統(tǒng)主要由通信傳輸系統(tǒng)、通信終端系統(tǒng)兩大模塊組成（系統(tǒng)組成模塊、特點(diǎn)及其功能如表1所示）。其中，通信傳輸系統(tǒng)是便攜式衛(wèi)星站通信業(yè)務(wù)終端的主體，發(fā)揮著信號(hào)傳輸、信號(hào)接收、信號(hào)處理等功能，其主要由可拆裝天線、天線座、饋線、BUC、LNB、電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、傳感器、天線控制單元、衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備共同組成。通信終端系統(tǒng)是便攜式衛(wèi)星站的語(yǔ)音通信、音視頻采集系統(tǒng)部分，其主要由語(yǔ)音通信、音視頻采集以及數(shù)據(jù)通信等設(shè)備組成，提供著語(yǔ)音信號(hào)加工、音視頻影像呈現(xiàn)、信號(hào)數(shù)據(jù)分析等功能[1]。

1.2 系統(tǒng)功能

便攜式衛(wèi)星站的通信業(yè)務(wù)終端系統(tǒng)功能主要有四點(diǎn)。其一，實(shí)現(xiàn)不同通信手段和設(shè)備之間的互通，比如，在火災(zāi)救援工作時(shí)，需要火災(zāi)指揮室與現(xiàn)場(chǎng)救援人員之間保持聯(lián)系，消防員可攜帶便攜式衛(wèi)星站，通過通信傳輸系統(tǒng)、通信終端系統(tǒng)，與火場(chǎng)外的指揮所或消防中心保持著信息聯(lián)系，確保救援有效；其二，具有有線、無(wú)線、圖像、傳真、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)匯接功能。如在抗震救援工作中，通過便攜式衛(wèi)星站接收信號(hào)，使用圖像設(shè)備能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控災(zāi)害發(fā)生地的情況；其三，能在現(xiàn)場(chǎng)快速建立現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信指揮調(diào)度中心，如在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，通過便攜式衛(wèi)星站能夠迅速搭建起通信聯(lián)絡(luò)場(chǎng)景，解決現(xiàn)場(chǎng)通信問題；其四，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信指揮調(diào)度中心與總部間建立雙向語(yǔ)音、數(shù)據(jù)及圖像等業(yè)務(wù)聯(lián)系，如在應(yīng)急救援現(xiàn)場(chǎng)通過便攜式衛(wèi)星站搭建專用的通信渠道，保持救援現(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)端總部溝通。系統(tǒng)功能優(yōu)勢(shì)及其應(yīng)用范圍如表2所示。

2" 便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)常見問題

2.1 收發(fā)設(shè)備的功能簡(jiǎn)單堆疊

目前，我國(guó)應(yīng)急救援領(lǐng)域中常用的便攜式衛(wèi)星站通信業(yè)務(wù)終端集成系統(tǒng)存在信號(hào)接收設(shè)備、發(fā)送設(shè)備簡(jiǎn)單堆疊的情況。比如，通信業(yè)務(wù)終端集成的主要模塊包括各類組件和設(shè)備，但是從功能上來(lái)看，設(shè)備之間存在著一定程度的功能重復(fù)的現(xiàn)象，信息接收設(shè)備與發(fā)送設(shè)備的組成單元上也較為混亂、復(fù)雜，不僅影響著通信系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮，而且一旦系統(tǒng)出現(xiàn)問題，其維修成本也較高[2]。

2.2 組件較多，體積較大

便攜式衛(wèi)星站的顯著特點(diǎn)就是體積小、質(zhì)量輕，主要要求就是便于攜帶與移動(dòng)。但是，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)急救援中所使用的便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信設(shè)備，其質(zhì)量大多在40～60 kg，一些用于火災(zāi)、地震等應(yīng)急救援的便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信設(shè)備體積、質(zhì)量更大。便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信設(shè)備的體積大、質(zhì)量大的主要原因就是設(shè)備本身的組件較多，一些組件功能有限，其本身可以合成到其他組件上，但是，現(xiàn)有的便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信設(shè)備很少做到這一點(diǎn)，因而導(dǎo)致組件多，增加了整個(gè)設(shè)備的質(zhì)量，不利于攜帶與移動(dòng)。

2.3 連接電纜復(fù)雜，裝配時(shí)間長(zhǎng)

便攜式衛(wèi)星站在應(yīng)急救援工作中應(yīng)用時(shí)，往往需要作業(yè)人員在短時(shí)間內(nèi)尋找到電源，對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)、相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行裝配連接。目前，我國(guó)的便攜式衛(wèi)星站技術(shù)雖然經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，但是與國(guó)外相比，在便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)的電源連接上，其電源服務(wù)端口仍然十分復(fù)雜，而且對(duì)電源類型有著十分嚴(yán)格的要求。由于纜線多，連接復(fù)雜，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，裝配時(shí)間成本顯著增加[3]。

3" 便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)優(yōu)化建議

3.1 對(duì)收發(fā)信號(hào)設(shè)備進(jìn)行深度集成，打破設(shè)備功能“疊加”的概念

基于上述分析可知，目前應(yīng)急救援領(lǐng)域中常用的便攜式衛(wèi)星站通信業(yè)務(wù)終端集成系統(tǒng)設(shè)備，其常見問題都集中在收發(fā)信號(hào)設(shè)備功能的堆疊方面。而且通過文獻(xiàn)查詢可知，目前國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的研究專家，也大多指出了該方面的問題，但很少提出收發(fā)信號(hào)設(shè)備的深度集成技術(shù)方法。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)技術(shù)的狀況，建議借鑒國(guó)際上較為先進(jìn)的以色列軍用背包式衛(wèi)星通信系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)理念，將便攜式衛(wèi)星站的衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)、視頻終端、頻譜分析等部件整體進(jìn)行深度集成，將具有接收信息、發(fā)送信號(hào)、信息數(shù)據(jù)處理的組件進(jìn)行合并，剔除設(shè)備上不必要的組件元素，功能重復(fù)的組件進(jìn)行深度合并與優(yōu)化，將并入到便攜式衛(wèi)星站的通信傳輸系統(tǒng)終端，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信、圖像處理、語(yǔ)音處理、顯示輸出等功能的融合。通過這種模式，打破原有設(shè)備功能重復(fù)、疊加狀況，實(shí)現(xiàn)通信業(yè)務(wù)終端集成功能的化繁為簡(jiǎn)，體現(xiàn)便攜式衛(wèi)星站的體積小、易攜帶、移動(dòng)性強(qiáng)、功能明確的特點(diǎn)[4]。收發(fā)信號(hào)設(shè)備的深度集成后終端樣式如圖1所示。

3.2 注重設(shè)備本身的電磁兼容，優(yōu)化濾波、接地、屏蔽功能系統(tǒng)

一般情況下，濾波、接地、屏蔽三項(xiàng)技術(shù)功能是電磁兼容系統(tǒng)的主要考慮對(duì)象。為了提高便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)的功能效果，本研究主張借鑒美國(guó)、英國(guó)、以色列等國(guó)家的做法，在便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)的通信終端模塊上加入濾波器，采用串聯(lián)的形式，讓濾波器與設(shè)備的電源輸入口連接，以此提高設(shè)備的穩(wěn)定性，拓展電纜接入場(chǎng)景，增強(qiáng)濾波系統(tǒng)的性能[5]。同時(shí)，對(duì)便攜式衛(wèi)星站通信業(yè)務(wù)終端進(jìn)行深度集成，讓模擬地與數(shù)字地、電源地相連，并將其歸并到同一系統(tǒng)模塊中，再使用并聯(lián)的方式，使模擬地、數(shù)字地、電源地通過電容隔離，使用多點(diǎn)隔離的方式，讓輸入/輸出信號(hào)的干擾噪聲降低至EMC要求以下，以此降低設(shè)備運(yùn)作時(shí)射頻干擾、各模塊之間的串?dāng)_。在屏蔽功能上，建議使用多腔體板級(jí)電磁屏蔽罩消除射頻干擾，同時(shí)，將產(chǎn)品的腔體進(jìn)行分割和封裝，減少設(shè)備整體的質(zhì)量，增強(qiáng)攜帶性。通過這種方式，顯著提升便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)功能穩(wěn)定性[6]。

3.3 深度集成與優(yōu)化設(shè)備系統(tǒng)面板，減少設(shè)備線纜的連接

在便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)的優(yōu)化上，除了通過深度集成設(shè)備面板、優(yōu)化電磁兼容性，也需要對(duì)便攜式衛(wèi)星應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)備的功能面板進(jìn)行深度優(yōu)化，盡量減少設(shè)備線纜的連接，縮減實(shí)際應(yīng)用時(shí)的線纜裝配時(shí)間[7]。如對(duì)便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)的天線、衛(wèi)星終端、頻譜儀進(jìn)行優(yōu)化，一方面，根據(jù)便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，明確系統(tǒng)面板的功能指標(biāo)，以自然災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害等應(yīng)用場(chǎng)景為例（地震、海嘯、洪水、泥石流、重大交通事故、礦難、火災(zāi)等搶險(xiǎn)作業(yè)），可對(duì)基帶傳輸性能、圖像質(zhì)量和聲音質(zhì)量、天線增益、旁瓣特性、LNB的頻率穩(wěn)定度等進(jìn)行檢驗(yàn)與優(yōu)化，將功能相似與重復(fù)的面板組件合并，設(shè)置新的衛(wèi)星終端口，通過一條主線纜將衛(wèi)星站的天線系統(tǒng)與衛(wèi)星終端系統(tǒng)連接[8]。另一方面，根據(jù)天線、衛(wèi)星終端的面板功能指標(biāo)與接入口要求，定制頻譜儀，以串聯(lián)的形式將頻譜儀與衛(wèi)星終端連接。通過這種形式，將所有的通信業(yè)務(wù)終端功能都深度集成在頻譜儀上，作業(yè)人員只需要操作頻譜儀，就可以對(duì)衛(wèi)星終端的數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行一站式處理或應(yīng)用。集成后天線、衛(wèi)星終端、頻譜儀連接示意如圖2所示。

4" 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，衛(wèi)星通信技術(shù)快速發(fā)展的形勢(shì)下，衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經(jīng)成為應(yīng)急救援的主要技術(shù)保障，發(fā)揮著保證衛(wèi)星信號(hào)穩(wěn)定、通信暢通等作用，是確保應(yīng)急救援工作高效開展的必要條件。目前，我國(guó)應(yīng)急救援領(lǐng)域中采用的便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)，主要存在收發(fā)設(shè)備的功能簡(jiǎn)單堆疊、組件較多、體積較大、連接電纜復(fù)雜、裝配時(shí)間長(zhǎng)等問題。針對(duì)這些問題，積極應(yīng)采取對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施，促進(jìn)便攜式衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)的完善，使其發(fā)揮應(yīng)有作用。■

參考文獻(xiàn)

[1] 程競(jìng)．高速公路搶險(xiǎn)救援指揮中的應(yīng)急通信系統(tǒng)構(gòu)建[J]．通訊世界，2019，26（3）：91-92.

[2] 劉晗，王健，安實(shí)，等．超立方體排隊(duì)均衡的衛(wèi)星消防站選址調(diào)度優(yōu)化[J]．交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2018，18（2）：201-207.

[3] 賈琰．衛(wèi)星應(yīng)急通信技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例[J]．衛(wèi)星應(yīng)用，2019（12）：42-46.

[4] 唐堯，王立娟，胡光中，等．國(guó)產(chǎn)高分系列衛(wèi)星在森林火災(zāi)應(yīng)急處置中的全流程應(yīng)用——以四川九龍縣三巖龍鄉(xiāng)“4·08”森林火災(zāi)為例[J]．中國(guó)地質(zhì)調(diào)查，2022，9（5）：31-39.

[5] 唐堯，王立娟，劉錦毓，等．基于高分遙感技術(shù)的森林草原火災(zāi)應(yīng)急處置研究——以四川稻城“1·7”森林草原火災(zāi)應(yīng)急監(jiān)測(cè)為例[J]．自然資源信息化，2022（4）：33-38.

[6] 郝明，張建龍，張鳴之，等．基于衛(wèi)星通信的輕型野外地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)應(yīng)用——以西南地區(qū)野外地質(zhì)調(diào)查為例[J]．桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，38（1）：78-83.

[7] 李買林，藍(lán)天寶，羅軒．基于eLTE通信專網(wǎng)與VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)的多系統(tǒng)融合電網(wǎng)應(yīng)急指揮模型[J]．廣西電力，2021，44（2）：61-67.

[8] 黎麗華，陳凱，李小偉，等．海上船載衛(wèi)星通信工程電磁環(huán)境影響評(píng)價(jià)特點(diǎn)淺析——以海南應(yīng)急通信指揮試驗(yàn)船工程為例[J]．中國(guó)工程咨詢，2019（12）：100-103.