卫星应急通信车

      卫星通信不依赖于地面传输设施，非常适合于重大灾害的通信要求，为抢险救灾提供可靠的、不间断的、主体的、多方位的、全功能的通信保障，并越来越成为应急通信技术的主要选择。

      卫星应急通信车就是一个移动式应急通信系统，通过开赴应急现场的车载平台，搭建通信网络，实时处理现场传输过来的语音、视频、图片等信息，实现现场各种不同制式、不同频段的通信网络的互联互通，以及与远方指挥中心之间的通信，构成统一的应急指挥平台，进行全方位高效有序的指挥和调度。 

      卫星应急通信车具有开通快速、机动性高、运用灵活、调度方便、与现有通信网络接入便捷、自备电源等特点，因此，在大多数突发公共事件、军事行动中，卫星应急通信车是实现现场应急通信的首选方式之一。在2008年的四川地震、奥运保障等一系列重大事件的现场，都能看到它的身影，见图7.9。

图7.9  执行汶川地震抗震救灾任务的卫星应急通信车

      卫星应急通信车一般由现有车辆根据需要改装而成，包括车辆部分、车载部分和监控部分。

      (1)车辆部分通常是指用于改装成为应急通信车的车辆，是应急通信车的基础，其功能主要是承载和运输。

      (2)车载部分通常是指改装后车辆上增加的设备，一般包括电源设备、通信设备、传输设备(天线)、天线桅杆(塔)、空调设备、接地系统(防雷)、多媒体设备、灯光设备等,是构成应急通信平台、实现应急通信功能的核心设备和辅助设备的总和。

      (3)监控部分通常是指改装后的各项监测和控制系统，一般由车内监控系统、通信监控系统和车外环境监控系统等三部分组成。

2.卫星应急通信车功能

  卫星应急通信车具有如下功能。

(1)应急平台综合应用功能。

(2)卫星通信功能。

(3)语音调度指挥功能。

(4)视频会议功能。

(5)现场无线组网覆盖功能。

(6)信号接入功能：图像接入、语音综合接入、光纤接入、无线网络接入等。

(7)导航定位功能。

(8)野外供电功能。

(9)现场照明广播功能。

       从功能上看，卫星应急通信车的主体还是通信系统，另外还有安全支撑系统、导航定位系统等辅助系统。通信系统包括卫星通信子系统、无线公网通信子系统、现场覆盖无线网状网子系统、光纤通信子系统、语音调度指挥子系统、语音综合接入调度指挥子系统、计算机网络系统、视频会议系统、图像接入系统等。卫星通信子系统按照天线的移动性可划分为“动中通”卫星通信系统和“静中通”卫星通信系统；现场覆盖无线网状网子系统通过自组织等技术在现场快速建立网络；光纤通信子系统是有线通信系统，在应急中作为无线通信的互补；语音综合接入调度指挥子系统能够提供语音通信业务并实现多种制式的通信系统的互联互通；计算机网络系统能够构建车载局域网；视频会议系统是现场与上级指挥中心之间进行视频会商、处置决策的基础支撑；图像接入系统依托于通信网络将现场图像采集回传。安全支撑系统实现保护网络安全和信息安全的功能，防止非法入侵。导航定位系统主要由卫星定位装置、导航软件及显示终端组成，实现导航定位。

       车载卫星通信地面站主要是将较小口径卫星天线固定安装在适当的车辆上进行通信，俗称“静中通”。

       “静中通”卫星应急通信车为公安、武警、部队、机场、林业等部门处理紧急事件的需要而设计，理论上具有在任何地区、任何天气条件下，实现实时的图像、语音、数据的远距离传输功能，此外还配备指挥、会议等设施，具有反应快速，操作方便，使用可靠、灵活等特点。

      “静中通”的车载卫星天线可自动跟踪卫星功能。自动跟踪是指预先给天线伺服跟踪系统输入预定卫星的位置参数，车辆在停放后，系统加电。天线在没有专业人员和专用仪器的情况下完成快速准确的对星工作。在车辆行驶时，天线处于收藏位置，即扣在车顶。由于卫星与地球的转速是同步的，因此传统的卫星通信系统在固定的地点，当设备安装完毕、卫星天线一次性对准卫星后，不需要再进行任何操作。车载卫星站由于地址不固定，每到一个地点需要重新对卫星建立信道链接，加上目前车载卫星站为了实现天线小型化一般使用Ku波段通信，天线方向图比较尖锐，对星难度比C波段大，同时车载卫星站所担负的又常常是对时效性要求较高的通信任务，因此，快速、准确地对星就成为衡量车载卫星站应用性能的重要指标之一。通常要求系统卫星天线展开时间少于5min,自动对星时间少于3min。

      自动对星原理：普通固定地球卫星站，天线底座一般保持水平，天线的对星操作基本上就是使天线转动到需要的俯仰角和方位角，而俯仰角和方位角基本上可以由星下点位置、地球站位置确定，使天线对准卫星没有太大难度。此外一般固定对准一颗卫星后就不会再频繁改变，即使要调整也可借助专用仪器和专业人员来完成。自动对星是指在没有专用仪器和专业人员参与的情况下，根据使用者输入的对星需求信息，自动釆集对星需要的如天线姿态、天线所在点地理位置等信息，然后通过对星软件制定出合理的实现过程，最终控制并驱动执行机构完成对星操作建立通信信道。在需要撤收天线时，控制系统根据相关参数按照相反的过程自动完成天线收起的过程。对于车载卫星站自动对星的过程，主要存在两个方面的问题：一是车载站需要经常运动到新的地点，确定天线俯仰角和方位角所需要的地理位置信息必须在建站点现场采集；二是由于车载站车体不易保持在水平面内，单纯控制天线的转角按照计算出来的方位和俯仰角难以准确对上卫星，必须依照天线实际姿态来实现对星。

      地面接收系统与“静中通”卫星通信指挥车配套使用，主要针对矿井井下、城市地铁、铁路隧道、洞穴等灾害救灾现场，通过卫星通信系统实现地面接收系统与卫星通信指挥车之间的视频、语音和数据及图片信息的双向通信，通信指挥车与指挥中心之间的有线电话和专线的连接，以及与中心综合信息网Internet的计算机联网，为指挥现场救灾和抢险决策提供实时信息与科学依据。

       由卫星、“静中通”卫星应急通信车、现场指挥车、卫星地面中心站构成的应急通信系统见图7.10。

图7.10    “静中通”卫星应急通信车系统应用示意图

 

       “动中通”卫星应急通信车集成了动中通卫星通信以及超短波通信、语音通信等多种通信手段,可通过当前世界上先进的动中通卫星天线一TracStar450SP及相关卫星系统在运动中实现音视频传输、卫星电话和有线网向现场的延伸；通过集中控制系统实现智能化控制；通过加装发电机设备实现任何状态的持续供电；通过音视频系统实现音视频的釆集和处理。

        “动中通”卫星应急通信系统主要是指小口径卫星通信系统，将卫星天线安装在防风罩内，便于运动中进行卫星通信链路的建立。卫星通信车载“动中通”天线馈电系统的主要特点体现在以下三个方面。

       (1)单脉冲跟踪技术，主要优点是闭环跟踪、能够准确实时地对准卫星，性价比较高,缺点是在卫星信号阴影区进入覆盖区系统再捕获时间较长。

       (2)陀螺跟踪技术，主要特点是开环跟踪、能够准确实时地对准卫星，在卫星信号阴影区进入覆盖区系统再捕获时间较短。

       (3)开环与闭环相结合是卫星通信天线馈点系统跟踪方式中最好的运用方式,它主要解决了系统大范围运动通信和遮挡后快速建立链路的问题。

      (1)“动中通”卫星通信系统：主要包括“动中通”卫星天线、数字微波IDU和ODU通信设备、加密机等设备。

      (2)网络设备：路由器，路由、语音网关等职能一体。

      (3)视频通信：主要包括高清视频会议终端、超短波图像传输系统(单兵发射两套)等。

      (4)无线通信：包括车载短波电台、超短波电台。

      (5)切换控制：包括智能综控系统、视音频矩阵等。

      (6)供电系统：发电机、UPS及外接市电等。

      (7)接口：预留网络RJ.45、专网VbIPRJ-lK视频、音频、电源等接口。

1)视音频传输

       卫星通信系统可共提供2MHz带宽的数据流，通过网络交换机进行分配，可根据实际使用需求，提供0.5〜1.8MHz的带宽数据来传输双向视音频各1路，通过视频会议终端进行编解码，通过加密传输到卫星，再到卫星地面站的复用器进行解复，编解码器进行解码还原，并可以反向传输。实现与指挥车1路视音频信号的无线互传。

2)数据传输

      通信指挥车上的网络交换机和地面站上的网络交换机形成了一个网桥，形成“动中通”通信车与地面的连接，可提供共16个网络IP接入，可用于传输各种数据，也可通过地面站网络交换机与公安专网、Internet进行网络连接。

3)语音传输

      通过语音网关的电话接口，提供语音数据，可同时提供四路语音电话的服务，可实现与公安电话专网、政府专网、普通电话网之间的交互，实现与上述三个网络内电话间的语音传输。

4）图像釆集

       利用车顶前后两个可调速的车载专用高速摄像机，可在车辆行驶或静止状态，对周边的情况进行拍摄，摄像头既可通过中控系统触屏控制，又可通过专用操作摇杆进行调速、高速控制或定位控制，其图像可通过矩阵在任意显示器上观察，并可以传输给指挥中心。

5）无线集群、常规语音通信

       配备集群手持台，在有集群专网覆盖的地区，可实现集群语音通信；当到达没有集群专网覆盖的地区，可利用集群手持台中预先设定的常规信道，通过卫星车上配备的音频转接器和鞭状天线，组建2km半径范围内的战地网，实现应急常规电台语音通信的要求；如果驻车，可釆用高增益的棒状天线，还可以大大增加覆盖距离。

6）视频会议系统

      通过车上配备的会议用摄像头、麦克风和显示器音箱及指挥中心会议室内录像、录音和播放系统，可以实现通信车与指挥中心的视频会议功能；领导可看到、听到要求的画面和语音，领导的语音和图像也可通过通信车上的各种通信手段传输给要求到达的地方。

7）GPS定位和导航

      在执行任务时，本车操作人员可通过GPS辅助行车系统，知道目前的时间、位置并根据出发地和目标地选择最佳的行进路线。

8）移动办公功能

       利用车载平台，可再配备笔记本电脑和打印机，通过卫星系统的IP数据，可实现文字处理、打印、网络等办公功能的远距离化和移动化的要求。

9）“静中通”功能

       通过“动中通”上各设备和相关接口，在车辆静止状态下连接地面各有线网络，实现“静中通”的功能。

图7.11  “动中通”卫星应急通信车整车布局方案

10)集中控制

      利用全车集成的无线触屏的控制系统，对车内的音视频系统进行集中控制，可提供个性化界面，方便操作。

1)“动中通"卫星应急通信车整车布局方案

“动中通"卫星应急通信车整车布局方案见图7.11。

2)“动中通”卫星应急通信车车顶布局方案

“动中通”卫星应急通信车车顶布局方案见图7.12。

图7.12  “动中通”卫星应急通信车车顶布局方案

 

3)“动中通”卫星应急通信车车内布局方案
“动中通”卫星应急通信车车内布局方案见图7.13。

图7.13   “动中通”卫星应急通信车车内布局方案 

 4)“动中通〃卫星应急通信车机柜布局方案
“动中通”卫星应急通信车机柜布局方案见图7.14。

图7.14  “动中通”卫星应急通信车机柜布局方案

       “动中通”与“静中通”选用相同的通信方式，因此，具有相同的网络拓扑。“动中通”与“静中通”的区别主要在于以下几个方面。

       (1)“动中通”卫星应急通信车可为陆上的移动用户提供可靠的通信服务。在车辆运动过程中实时、大容量、不间断地传递语音、数据、动态图像、传真等多媒体信息。它具有机动性强、抗干扰能力强、接收信号能力强、保密性强的优点，可广泛用于移动多媒体卫星通信系统、运动中不间断网络中心等。“静中通”卫星应急通信车可根据需要在指定地点通过通信卫星接入主网络，建立与网络主站或其他卫星通信站点之间的通信连接。能够保证容纳多人进行车内会议讨论，实现语音、视频、数据的实时传输，为用户提供可靠的通信服务。

       (2)“动中通”能够在卫星信号覆盖区运动中进行实时通信；“静中通”只能在静止时通信。

       (3)“动中通”所选的移动站天线为0.8m、0.9m或1.2m；“静中通”选用1.2m或1.8m天线，“静中通”的车载系统天线口径可以做大一点，能更好地接收发射信号。

       (4)“动中通”所需功放的功率比“静中通”的功放功率大。

       (5)“动中通”的建设成本比“静中通”要高。

       (6)“动中通”的机动性能大大优于“静中通气

       (7)“动中通”的隐蔽性优于“静中通”。

1)卫星通信功能的实现

卫星通信车卫星通信功能技术方案见图7.15。 

图7.15   卫星通信车卫星通信功能技术方案

2)短波和超短波通信功能的实现

卫星通信车短波和超短波通信功能技术方案见图7.16。

图7.16  卫星通信车短波和超短波通信功能技术方案

3)无线单兵图传功能的实现

卫星通信车无线单兵图传功能技术方案见图7.17。 

图7.17  卫星通信车无线单兵图传功能技术方案

4)图像釆集处理功能的实现

卫星通信车图像釆集处理功能技术方案见图7.18。

图7.18卫星通信车图像釆集处理功能技术方案

5)车内集中监控功能的实现

卫星通信车车内集中监控功能技术方案见图7.19。

图7.19卫星通信车车内集中监控功能技术方案

6）车内供电系统的实现

卫星通信车车内供电系统技术方案见图7.20。

 

图7.20  卫星通信车车内供电系统技术方案

7）与现有网络的融合

卫星通信车与现有网络的融合技术方案见图7.21。

图7.21  卫星通信车与现有网络的融合技术方案