崔瑞玲，高廣利，耿丁蕤，劉慶濤

（水利部水文局通信運(yùn)行維護(hù)中心，北京 100053）

0 引言

近年來的一系列洪水災(zāi)害、水污染事件及特大旱災(zāi)等重大的涉水公共事件給我國造成了重大的人員和財產(chǎn)損失，突顯了我國防汛通信指揮系統(tǒng)應(yīng)急能力欠缺。由于目前現(xiàn)場通信手段、傳輸信息單一，機(jī)動能力差，難以滿足惡劣自然災(zāi)害環(huán)境下的一線信息采集和傳輸?shù)男枰?/p>

為進(jìn)一步提高防汛應(yīng)急搶險指揮調(diào)度的能力，從水利系統(tǒng)的實(shí)際需求出發(fā)，結(jié)合目前主流技術(shù)體制和應(yīng)急通信的特點(diǎn)，對便攜式衛(wèi)星站在在水利系統(tǒng)的應(yīng)用提出相應(yīng)的技術(shù)建議。

1 水利系統(tǒng)便攜衛(wèi)星站需求分析

1.1 防汛應(yīng)急通信的特點(diǎn)

防汛應(yīng)急通信主要有以下幾個特點(diǎn)：

1）通信時間不確定。應(yīng)急通信不是經(jīng)常發(fā)生，因此系統(tǒng)應(yīng)能合理調(diào)配轉(zhuǎn)發(fā)器資源，盡量減少未通信時轉(zhuǎn)發(fā)器的使用，以降低運(yùn)行成本。

2）發(fā)生地點(diǎn)不確定。需要應(yīng)急通信的地點(diǎn)多數(shù)沒有可用網(wǎng)絡(luò)，且多數(shù)情況下地形復(fù)雜多變，因此應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)在移動和便攜上有良好的適應(yīng)性。

3）通信容量較大。應(yīng)急通信雖不常發(fā)生，但發(fā)生時往往容量需求較大，以話音、高清圖像等實(shí)時性業(yè)務(wù)為主，因此選用系統(tǒng)通信能力應(yīng)該較強(qiáng)。

4）實(shí)時性要求高。應(yīng)急通信時間緊任務(wù)急，需要在較短時間內(nèi)建設(shè)起靈活易用的通信網(wǎng)絡(luò)。

5）同時在線通信站點(diǎn)少。這是由于各大流域同時發(fā)生災(zāi)情概率比較小。

6）可靠性高。應(yīng)急通信有很高的可靠性要求，因此應(yīng)急通信設(shè)備必須穩(wěn)定、可靠、耐用，有高等級 QoS（服務(wù)質(zhì)量）保證。

1.2 防汛便攜衛(wèi)星站系統(tǒng)應(yīng)滿足的基本要求

基于以上特點(diǎn)，在重大涉水突發(fā)事件應(yīng)急通信中需要的是一種可快速靈活部署、傳輸能力強(qiáng)、可靠性高、可實(shí)現(xiàn)音視頻實(shí)時傳輸?shù)谋銛y式衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)備，要求在任何天氣、路況條件下都可方便地攜往災(zāi)情現(xiàn)場，迅速建立衛(wèi)星鏈路。因此，防汛便攜衛(wèi)星站在設(shè)計選型上應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

1）便攜性。能夠通過通用交通工具或人力將設(shè)備迅速運(yùn)往災(zāi)情現(xiàn)場。

2）易操作性。操作簡便，經(jīng)簡單培訓(xùn)，1 人即可操作全套設(shè)備。

3）標(biāo)準(zhǔn)性。所有設(shè)備選擇應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，便于多套系統(tǒng)互聯(lián)互通，防止成為信息孤島。

4）適應(yīng)性。設(shè)備能滿足在惡劣環(huán)境下使用的要求。

5）擴(kuò)展性。系統(tǒng)應(yīng)預(yù)留擴(kuò)展接口，滿足設(shè)備升級或容量擴(kuò)展的要求。

6）延展性。應(yīng)配置單兵系統(tǒng)，滿足延展 3～5 km 的移動視頻傳輸要求。

7）集成性。天線采用分片式設(shè)計，重量輕、剛度與強(qiáng)度高、拆裝簡單方便；系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)高度集成，全套系統(tǒng)可收納于 2 個航空箱內(nèi)。

8） 堅固性。包裝運(yùn)輸材料強(qiáng)度要高，能有效保護(hù)設(shè)備，適合車載、機(jī)載、攜行等運(yùn)輸方式。

1.3 防汛便攜衛(wèi)星站系統(tǒng)應(yīng)具備的基本功能

1）支持 IP 協(xié)議的語音、數(shù)據(jù)、視頻綜合業(yè)務(wù)的傳輸；

2）支持高效的音視頻編解碼；

3）圖像質(zhì)量可支持到 D 1 或 720 p；

4）天線跟蹤具有全自動和手動工作模式；5）中心站可以遠(yuǎn)程控制小站設(shè)備。

2 便攜式防汛衛(wèi)星系統(tǒng)組成

便攜式防汛衛(wèi)星站通常由衛(wèi)星通信、音視頻基帶及便攜站支撐等子系統(tǒng)組成。

2.1 衛(wèi)星通信子系統(tǒng)

衛(wèi)星通信子系統(tǒng)主要由天饋、發(fā)射功放（BUC）、LNB、衛(wèi)星信道設(shè)備、GPS 定位、伺服驅(qū)動、自動保護(hù)、信標(biāo)接收機(jī)、天線控制單元（ACU）、位置檢測、極化自動調(diào)整、天線智能控制終端、智能控制管理軟件、綜合電源及天線手動控制等組成。衛(wèi)星小站設(shè)備組成如下：天線及箱體，天線控制器、控制模塊及軟件包，信標(biāo)接收機(jī)，天線驅(qū)動系統(tǒng)，一鍵自動對星模塊，BUC，LNB，IDU，視頻編碼器，交換機(jī)，LAD，數(shù)量均為 1 個。

在衛(wèi)星通信子系統(tǒng)中，天線設(shè)備起著至關(guān)重要的作用，其便攜性能和操作使用要求將直接決定著整個系統(tǒng)的便攜性和可操作性。便攜式衛(wèi)星通信天線的全套設(shè)備包括：反射面組合、喇叭組合、波導(dǎo)、旋轉(zhuǎn)極化關(guān)節(jié)與極化調(diào)整組合、天線座與傳動組合、電機(jī)、傳感器、驅(qū)動電路、電源、BUC、LNB、天線控制器、載波及信標(biāo)跟蹤接收機(jī)等。所有設(shè)備及組合均集成在天線基座內(nèi)，通過精準(zhǔn)對星算法程序及連接控制器，能實(shí)現(xiàn)全自動模式工作，即自動展開、對星、收藏等。在必要時也可采用手動和半自動模式工作，控制天線快速指向衛(wèi)星，建立通信鏈路。連接控制器可以是筆記本電腦或PDA，安裝有專用軟件實(shí)現(xiàn)對天線姿態(tài)的完全監(jiān)控及操作，人機(jī)界面友好，簡潔易操作，非專業(yè)人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)就能熟練地操作設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“一鍵式對星”。便攜式衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 便攜式衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)圖

便攜衛(wèi)星站在設(shè)計時為了保證便攜性，一般犧牲部分傳輸性能，比如天線的口徑較小，BUC 配置較輕，射頻連接多采用較細(xì)柔性射頻電纜，導(dǎo)致便攜站一般適合于 2 Mbps 數(shù)據(jù)速率以內(nèi)的通信業(yè)務(wù)。

當(dāng)用戶有傳輸高清畫面（約 4～6 Mbps 數(shù)據(jù)速率）的需求時，建議在便攜站建設(shè)時提高相應(yīng)的技術(shù)要求。還要考慮預(yù)留足夠的系統(tǒng)余量，滿足惡劣環(huán)境下正常使用。具體措施可參考如下：

1）加大天線口徑，最大程度地增加反射面面積，提高天線系統(tǒng)增益；

2）增加 BUC 功率，在不增加設(shè)備重量的情況下，盡量提升系統(tǒng)的發(fā)射功率；

3）減小射頻電纜損耗，考慮采用硬波導(dǎo)及低損耗電纜；

4）便攜站設(shè)備須滿足 -20～＋55 ℃ 環(huán)境溫度；

5）所有易損部件必須進(jìn)行模塊化設(shè)計，保證非專業(yè)人員能在緊急情況下短時間內(nèi)完成備件替換。

2.2 音視頻基帶子系統(tǒng)

為方便系統(tǒng)集成，保證便攜性能，音視頻編解設(shè)備必須為 1 RU 結(jié)構(gòu)，主要技術(shù)指標(biāo)符合 14 個要求。

1）視頻輸入：1～4 路視頻輸入，1 Vpp/75 Ω；

2）視頻輸入接口：BNC 陰性；

3）編碼方式：MPEG2/MPEG-4；

4）傳輸幀率：1～30 幀（PAL）/s；

5）分辨率：352×288（CIF）、352×576（HD1）、720×580；

6）帶寬：64 kbps～4.8 Mbps；7）圖象標(biāo)準(zhǔn)：NTSC 或 PAL；

8）網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)：以太網(wǎng) 10 M；

9）連接口：RJ45 插口；

10）協(xié)議：TCP/IP，UDP/IP，PING，HTTP，ARP，F(xiàn)TP，DHCP，SMTP；

11）安全：用戶密碼保護(hù)；

12）音頻輸入：lemo（外接拾音設(shè)備）；

13）音頻輸出：lemo（外接音響設(shè)備）；

14）接口：RCA。

便攜衛(wèi)星站配置的音視頻編碼系統(tǒng)，技術(shù)比較成熟，產(chǎn)品可選性較大，為配合便攜使用的特殊要求，及配合室外使用，除體積和重量要求外，還需在技術(shù)和工藝上進(jìn)行認(rèn)真遴選，要求設(shè)備操作簡單，1 次設(shè)置后，開機(jī)即可通信，并能適合惡劣環(huán)境下使用，同時具備足夠的抗震性能，保證一般運(yùn)輸中的設(shè)備安全。

2.3 支撐子系統(tǒng)

為保證便攜衛(wèi)星站的應(yīng)用廣泛性，不受地域及環(huán)境限制，方便操作人員快速建立通信鏈路，保證防汛信息的及時性，相關(guān)的配套及支撐系統(tǒng)也是必不可少的組成部分。

羅盤及 GPS 設(shè)備、頻譜分析儀等支撐設(shè)備能夠有力地保證野外操作的精準(zhǔn)性，包括系統(tǒng)展開地點(diǎn)的尋找、目標(biāo)衛(wèi)星的搜索、分配頻段的正確使用，以及系統(tǒng)故障的排查等，保證非專業(yè)人員在幾分鐘內(nèi)建立所需的衛(wèi)星通信鏈路。

1 臺便攜式發(fā)電機(jī)也是必不可少的，工作時間一般要求在 3 h 以上，保障各種突發(fā)事件中電力供應(yīng)。

本地上星視頻內(nèi)容監(jiān)控系統(tǒng)能夠使當(dāng)?shù)毓ぷ魅藛T做到知己知彼，充分了解傳輸內(nèi)容的質(zhì)量及各種狀態(tài)，尤其是現(xiàn)場直播情況，能夠及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，極大地保障了系統(tǒng)的可靠性，為此，便攜衛(wèi)星站還應(yīng)配備小型顯示器，用于直播現(xiàn)場信號監(jiān)看。

單兵式無線圖像傳輸系統(tǒng)是近距離無線視頻傳輸系統(tǒng)，可配合便攜式衛(wèi)星站混合組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)覆蓋以便攜式衛(wèi)星站為圓心，半徑為 3～8 km 視頻采集范圍。

3 結(jié)語

近年來，為了應(yīng)對突發(fā)性涉水事件，水利系統(tǒng)陸續(xù)建設(shè)了少量應(yīng)急移動通信系統(tǒng)。目前黃河、海河、淮河水利委員會，太湖流域管理局，江蘇、河北、江西等省都已建設(shè)了應(yīng)急機(jī)動通信系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在歷年的防汛搶險調(diào)度，以及汶川、玉樹大地震及舟曲泥石流等搶險救災(zāi)工作中發(fā)揮了積極作用。但是這些已建系統(tǒng)在靈活機(jī)動性、互聯(lián)互通、標(biāo)準(zhǔn)開放及設(shè)備先進(jìn)性等方面還存在一定的問題。

目前，水利部通信主管部門正在抓緊制定《水利應(yīng)急通信系統(tǒng)建設(shè)指南》，以指導(dǎo)全國水利系統(tǒng)應(yīng)急通信系統(tǒng)的建設(shè)；國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程也將應(yīng)急通信系統(tǒng)作為 1 項重要內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計。另外，水利部建設(shè)的新一代水利衛(wèi)星通信系統(tǒng)已于2010 年下半年投入運(yùn)行，新系統(tǒng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器采用 Ku＋C 的方案，衛(wèi)星主站采用目前主流的 DVB-S2 技術(shù)體制，支持星型/網(wǎng)狀混合組網(wǎng)的方式；可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻和語音、廣播等業(yè)務(wù)，為水利系統(tǒng)便攜衛(wèi)星站的建設(shè)和推廣應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。

綜上所述，便攜式衛(wèi)星站以其靈巧的結(jié)構(gòu)和獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)已在應(yīng)急通信領(lǐng)域嶄露頭角，雖然在實(shí)施上有不少技術(shù)難點(diǎn)和市場風(fēng)險，但在未來幾年有效地投入商業(yè)運(yùn)行將毋容質(zhì)疑。低成本、快速部署、寬帶無縫隙的移動業(yè)務(wù)覆蓋能力必將成為未來應(yīng)急通信建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，特別是隨著水利系統(tǒng)應(yīng)急通信需求的進(jìn)一步深入，衛(wèi)星通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，便攜式衛(wèi)星站系統(tǒng)必將成為水利通信領(lǐng)域的新亮點(diǎn)。

[1]郭鴻飛. 便攜式衛(wèi)星站在新華社新聞采集系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展[J]. 衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)，2010 (7): 30-33.