衛(wèi)星通信應(yīng)急通信系統(tǒng)的搭建范文
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【摘要】針對(duì)自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)造成的常規(guī)通訊中斷問題，構(gòu)建一套應(yīng)急通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)依托衛(wèi)星通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的視頻畫面實(shí)時(shí)傳送至防汛抗旱指揮部，并實(shí)現(xiàn)雙向的視頻會(huì)商功能，滿足在自然災(zāi)害導(dǎo)致地面通訊設(shè)施中斷的情況下，使用衛(wèi)星通信設(shè)備及時(shí)傳遞災(zāi)情信息，使指揮中心能夠最短時(shí)間內(nèi)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)做出防汛搶險(xiǎn)決策。
【關(guān)鍵詞】應(yīng)急通信；衛(wèi)星通信；視頻會(huì)議
1背景
廣西壯族自治區(qū)地處亞熱帶中南部，氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)型，地貌類型復(fù)雜，地質(zhì)情況不穩(wěn)，山區(qū)與河網(wǎng)緊密交錯(cuò)，常受自然災(zāi)害影響，特別是暴雨、旱澇、滑坡、泥石流等災(zāi)害尤為突出，在未來很長一段時(shí)間內(nèi)還將面臨各類突發(fā)自然災(zāi)害所帶來的嚴(yán)峻考驗(yàn)。自然災(zāi)害發(fā)生的共同特點(diǎn)都是會(huì)對(duì)公路、鐵路、橋梁、電力、通信廣播、水利等各類社會(huì)生活基礎(chǔ)設(shè)施造成嚴(yán)重?fù)p毀，致使受災(zāi)地區(qū)的電力中斷、常規(guī)通信中斷。一旦通信癱瘓，災(zāi)區(qū)與外界失去聯(lián)絡(luò)，外界難以及時(shí)了解災(zāi)區(qū)的受災(zāi)情況和人員傷亡情況，難以做出及時(shí)正確的判斷、決策。救災(zāi)人員、物資無法及時(shí)送達(dá)，救災(zāi)搶險(xiǎn)措施不能及時(shí)傳達(dá)落實(shí)到基層，嚴(yán)重影響指揮和組織搶險(xiǎn)救災(zāi)工作，給救援工作帶來極大困難。
2解決方案
針對(duì)上述問題，提出以下應(yīng)急通信系統(tǒng)思路：依托衛(wèi)星通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在應(yīng)急救災(zāi)情況下將受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的視頻畫面，實(shí)時(shí)通過衛(wèi)星傳送至自治區(qū)防汛抗旱指揮部，并實(shí)現(xiàn)雙向的視頻會(huì)商功能，滿足在自然災(zāi)害導(dǎo)致地面通訊設(shè)施中斷的情況下，使用衛(wèi)星通信設(shè)備及時(shí)傳遞災(zāi)情信息，使指揮中心能夠最短時(shí)間內(nèi)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)做出防汛搶險(xiǎn)決策。實(shí)現(xiàn)與地面有線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，保證各級(jí)各類通信平臺(tái)之間的網(wǎng)絡(luò)通信暢通，同時(shí)還能滿足話音、數(shù)據(jù)、視頻、圖像等業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)傳輸。為保障應(yīng)急衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)暢通，本系統(tǒng)擬采用交通運(yùn)輸通信信息集團(tuán)有限公司衛(wèi)星地面站、亞太Ⅵ號(hào)衛(wèi)星通信資源、電信級(jí)地面廣電網(wǎng)絡(luò)專線以及第四代海事衛(wèi)星通信資源，采用多種通信鏈路適應(yīng)各種應(yīng)急場(chǎng)景。
2.1系統(tǒng)工作的關(guān)鍵技術(shù)
應(yīng)急通信服務(wù)系統(tǒng)由于其具體應(yīng)用功能的需求，需要具備一定的特殊性質(zhì)，即能夠在突發(fā)事件發(fā)生之前，時(shí)刻滿足對(duì)自身相關(guān)情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)熱備，可隨時(shí)啟動(dòng)。同時(shí)，還應(yīng)具備滿足緊急突發(fā)事件或?yàn)?zāi)后救援工作中所有現(xiàn)場(chǎng)指揮-2-工作具有大量不確定因素需要靈活調(diào)整的通信需求。所以，在通信系統(tǒng)的具體應(yīng)用過程中，所采用的通信技術(shù)，應(yīng)針對(duì)具體的處理工作性質(zhì)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，而從整體上說，所采用的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)具有應(yīng)用時(shí)提高寬帶利用率、平日降低工作功率和損耗、有效節(jié)省昂貴的衛(wèi)星資源等基本特征。典型的衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)主要包括上下行射頻設(shè)備、天線、以及調(diào)制解調(diào)器等[1]，而在系統(tǒng)的工作過程中，最為關(guān)鍵的應(yīng)用技術(shù)主要有調(diào)制解調(diào)與編碼技術(shù)以及帶寬動(dòng)態(tài)分配技術(shù)等。
2.2帶寬動(dòng)態(tài)分配技術(shù)
帶寬動(dòng)態(tài)分配技術(shù)是一種能夠最大限度減少衛(wèi)星資源利用的方法。在衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)中，應(yīng)急指揮中心站與遠(yuǎn)端站之間的網(wǎng)管通道，通常存在帶內(nèi)與帶外兩種形式，帶內(nèi)信道主要是指相關(guān)網(wǎng)管信息的具體業(yè)務(wù)傳輸信道；而帶外信道則主要是指獨(dú)立于業(yè)務(wù)傳輸信道以外的網(wǎng)管信息通信傳輸信道。帶寬動(dòng)態(tài)分配技術(shù)則通常采用獨(dú)立的網(wǎng)管信道方式，這是由于在帶內(nèi)傳輸過程中，網(wǎng)管信息可以在遠(yuǎn)端站與中心站之間，實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星的一跳可達(dá)。另外，與傳統(tǒng)的靜態(tài)分配帶寬相比，動(dòng)態(tài)分配技術(shù)運(yùn)行的頻率要求相對(duì)較小，可以有效節(jié)省約60%左右的帶寬。本方案地面站將使用帶寬動(dòng)態(tài)分配技術(shù)，在后臺(tái)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中為本項(xiàng)目配置相應(yīng)帶寬分配設(shè)置，保障在系統(tǒng)在多點(diǎn)通信時(shí)的通信質(zhì)量。
2.3與地面網(wǎng)絡(luò)充分融合
本技術(shù)方案中，通過建立陸地廣電網(wǎng)絡(luò)專線建立指揮中心與衛(wèi)星地面站的固網(wǎng)專線連接，作為衛(wèi)星通信組網(wǎng)的鏈路備份。便攜衛(wèi)星設(shè)備通過衛(wèi)星與地面站建立連接后，可以選擇直接與其他其他便攜站建立連接，也可以通過地面廣電網(wǎng)絡(luò)專線與指揮中心內(nèi)網(wǎng)直接路由連接。（與衛(wèi)星通信相比，地面廣電網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可以有效規(guī)避誤碼率高、傳輸帶寬受限以及傳輸時(shí)延長等不良的工作狀況。）
3系統(tǒng)功能
本系統(tǒng)主要由如下4個(gè)子系統(tǒng)組成：（1）單兵無線圖傳系統(tǒng)；（2）移動(dòng)視頻會(huì)商系統(tǒng)；（3）便攜式主用衛(wèi)星通信系統(tǒng)；（4）便攜式備用衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
3.1單兵無線圖傳系統(tǒng)
單兵無線圖傳系統(tǒng)為山洪災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)與前方臨時(shí)由應(yīng)急通信指揮車組成的指揮中心間提供遠(yuǎn)距離、高質(zhì)量、高速率無線通信保障，實(shí)現(xiàn)視頻、語音、數(shù)據(jù)等寬帶多媒體業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)、同步傳輸。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。無線圖傳接收機(jī)依托KU-BAND衛(wèi)星通信系統(tǒng)，穩(wěn)定可靠地接入自治區(qū)防汛抗旱指揮部視頻會(huì)議系統(tǒng)，結(jié)合移動(dòng)視頻會(huì)商系統(tǒng)和衛(wèi)星鏈路將前端音視頻清晰流暢地傳回指揮中心。單兵圖傳系統(tǒng)采用基于H.264Highlevel廣播級(jí)高清編解碼方式，可在無線專用鏈路上傳輸高清1080p/1080i畫質(zhì)圖像。單兵前端設(shè)備采用軍用單兵背架，負(fù)著性好，在人體快速移動(dòng)時(shí)不影響人體其它肢體動(dòng)作。發(fā)射機(jī)外殼為防雨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有能在雨天工作的特性；單兵設(shè)備在電磁環(huán)境惡劣的情況下使用，可具備200MHz的頻率范圍可調(diào)功能，以便于有效地避開干擾頻點(diǎn)。單兵傳輸系統(tǒng)下傳語音采用數(shù)字調(diào)制模塊，調(diào)制方式選用先進(jìn)的GFSK，數(shù)字化、集成度高，方便使用，聲音清晰度高，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)噪聲強(qiáng)度調(diào)節(jié)拾音靈敏度，語音具備加密功能，接收機(jī)端可實(shí)現(xiàn)語音操作功能，不同的應(yīng)用環(huán)境選取不同的分組方式，可實(shí)現(xiàn)單播、組播、群呼。單兵高清圖像傳輸系統(tǒng)還具備接口擴(kuò)展性良好的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)與高清圖傳設(shè)備的連接，同時(shí)還可接入衛(wèi)星視頻終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的接力傳輸；還可內(nèi)置GPS模塊，可實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)單兵所處地理位置傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，結(jié)合指揮中心GIS系統(tǒng)在地圖上實(shí)時(shí)顯示地理坐標(biāo)。單兵系統(tǒng)進(jìn)入突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，可將高清音視頻實(shí)時(shí)傳輸至接收箱上，同時(shí)可以接入便攜式主、備用應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)及視頻會(huì)商系統(tǒng)和后端指揮中心現(xiàn)雙向語音對(duì)講。
3.2移動(dòng)視頻會(huì)商系統(tǒng)
移動(dòng)視頻會(huì)商系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)抗旱防汛現(xiàn)場(chǎng)與指揮中心通過視頻會(huì)議系統(tǒng)進(jìn)行視頻會(huì)商，允許不同速率的會(huì)議終端加入會(huì)議，支持圖像、語音接入，用于在應(yīng)急情況下的野外場(chǎng)景中與單兵無線圖傳系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)結(jié)合實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)商、機(jī)動(dòng)指揮及移動(dòng)辦公等功能，構(gòu)建成小型指揮中心。移動(dòng)視頻會(huì)商系統(tǒng)設(shè)備對(duì)會(huì)議終端模塊、音頻模塊、視頻模塊、高清屏幕、全向麥克風(fēng)、20倍光學(xué)變焦鏡頭及操控PC等進(jìn)行高度集成，采用拉桿式防護(hù)箱作為載體，以便攜易用，終端如圖2所示。滿足遠(yuǎn)程會(huì)議、可視會(huì)商、應(yīng)急指揮等各類音視頻回傳，并無縫接入用戶原有的視頻會(huì)商系統(tǒng)。視頻終端的主要功能是：完成視頻信號(hào)的采集、編輯處理及顯示輸出、音頻信號(hào)的采集、編輯處理及輸出、視頻音頻數(shù)字信號(hào)的壓縮編碼和解碼，最后將符合國際標(biāo)準(zhǔn)的壓縮碼流經(jīng)線路接口送到信道，或從信道上將標(biāo)準(zhǔn)壓縮碼流經(jīng)線路接口送到終端中。此外，終端還要形成通信的各種控制信息：同步控制和指示信號(hào)、遠(yuǎn)端攝像機(jī)的控制協(xié)議、定義幀結(jié)構(gòu)、呼叫規(guī)程及多個(gè)終端的呼叫規(guī)程、加密標(biāo)準(zhǔn)、傳送密鑰及密鑰的管理標(biāo)準(zhǔn)等。
3.3便攜式主用衛(wèi)星通信系統(tǒng)
便攜式主用衛(wèi)星通信系統(tǒng)，采用基于OCMA技術(shù)的星狀網(wǎng)通信方式。通過山洪災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)與便攜式衛(wèi)星終端，借由同步軌道衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器（KU-BAND），經(jīng)過衛(wèi)星地面站可為山洪災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)和防汛抗旱應(yīng)急指揮部提供實(shí)現(xiàn)1080P高清音、視頻通訊的衛(wèi)星通信傳輸鏈路。本系統(tǒng)還通過地面廣電網(wǎng)絡(luò)2M專線鏈路連接至指揮中心，充分保障便攜式衛(wèi)星通信系統(tǒng)通信服務(wù)高效穩(wěn)定使用。KU衛(wèi)星接收天線如圖3所示。
3.4便攜式主用衛(wèi)星通信系統(tǒng)
考慮到便攜式主用衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)備在應(yīng)急保障過程中有突發(fā)故障的可能，同時(shí)由于KU頻段頻率特性，在極端天氣條件下有可能因?yàn)檫^大的雨衰導(dǎo)致在某些時(shí)間不能夠成功建立通信鏈路。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)備用1套采用對(duì)雨衰不敏感且可采用內(nèi)置電池供電的的L波段的海事衛(wèi)星BGAN設(shè)備，設(shè)備如圖4所示，在應(yīng)急情況下可隨時(shí)開通并建立最高492Kbps的應(yīng)急備用通信鏈路，保障應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)與后端指揮中心形成基本的音、視頻數(shù)據(jù)傳輸鏈路。便攜式主、備用衛(wèi)星通信系統(tǒng)相互配合，在應(yīng)急保障的前端現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)成了強(qiáng)健的通信系統(tǒng)。可保證在前端各種應(yīng)急狀態(tài)下均可通過KU頻段VSAT系統(tǒng)或L頻段海事衛(wèi)星與地面主站傳輸網(wǎng)絡(luò)匯接，實(shí)現(xiàn)前后端指揮平臺(tái)間的互聯(lián)互通。
4小結(jié)
災(zāi)情發(fā)生后，應(yīng)急通信系統(tǒng)作為陸地常規(guī)通信的補(bǔ)充和延伸，具有較高的機(jī)動(dòng)性、靈活性，能夠快速部署，快速組網(wǎng)。輔以相應(yīng)的衛(wèi)星通信資源、陸地通信資源，后端支持保障系統(tǒng)，及專業(yè)的前端支持保障團(tuán)隊(duì)，能夠迅速恢復(fù)前方關(guān)鍵位置的通信能力。同時(shí)，配置應(yīng)急視頻通信箱、單兵無線圖傳系統(tǒng)，可以使前方同時(shí)具有了雙向傳輸語音、數(shù)據(jù)、高質(zhì)量清晰圖像的能力，在最短時(shí)間內(nèi)將受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的情況傳送至市級(jí)或自治區(qū)防汛指揮中心，使各級(jí)防汛指揮部門第一時(shí)間掌握汛情信息，為防汛科學(xué)決策提供依據(jù)，及時(shí)有效地進(jìn)行防災(zāi)救災(zāi)指揮，對(duì)提高搶險(xiǎn)救災(zāi)能力具有極其重要的作用。
【參考文獻(xiàn)】
[1]葉培建,張洪太,余后滿.衛(wèi)星通信技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2018.
作者：蒙柳汛 蘭玉果 陳欣 單位：廣西廣播電視信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司