譚奇坤 金上璽

摘要：文章研究了海上應(yīng)急通信技術(shù)，探討了構(gòu)建我國船載應(yīng)急通信系統(tǒng)所需關(guān)鍵技術(shù)。首先，對海上應(yīng)急通信的技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析；然后介紹了船載應(yīng)急通信中的無線電通信技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、應(yīng)急感知技術(shù)及應(yīng)急通信調(diào)度技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，提出了船載應(yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以及通信載荷模塊化設(shè)計(jì)思路；最后，通過試驗(yàn)驗(yàn)證該船載應(yīng)急通信系統(tǒng)的可行性和有效性。研究結(jié)果表明船載應(yīng)急通信系統(tǒng)滿足海上應(yīng)急通信的需求，可與岸基的應(yīng)急通信系統(tǒng)配合形成“空天地?！钡囊惑w化應(yīng)急通信方案。

關(guān)鍵詞：海上應(yīng)急通信；海上遇險(xiǎn)搜救；海上通信感知；穩(wěn)定平臺(tái)；GMDSS；船載通信技術(shù)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.03.005

中圖分類號：TN 92，TP 311.1，TP 393.09? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編碼：1672-7274（2024）03-00-03

海上應(yīng)急通信場景具有時(shí)間突發(fā)性、地點(diǎn)不確定性、容量需求不確定性、信息多樣性以及環(huán)境復(fù)雜性等特點(diǎn)，海上應(yīng)急通信效率及通信的可靠性直接影響到待救援人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全。本文通過探討海上應(yīng)急通信現(xiàn)狀，對船載應(yīng)急通信及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，開展船載應(yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并對船載應(yīng)急通信系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。

1? ?海上應(yīng)急通信技術(shù)現(xiàn)狀

國際海事組織（IMO）建立了GMDSS海上全球性的通信搜救系統(tǒng)[1]，該系統(tǒng)主要由衛(wèi)星通信系統(tǒng)——INMARSAT（海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)）和COS_PAS SARSAT（極地軌道衛(wèi)星搜救系統(tǒng)）、地面無線電通信系統(tǒng)（即海岸電臺(tái)）以及海上安全信息播發(fā)系統(tǒng)三大部分構(gòu)成。GMDSS作為遇險(xiǎn)報(bào)警、協(xié)調(diào)平臺(tái)及常規(guī)通信平臺(tái)，其現(xiàn)場通信依賴于VHF/HF/MF無線電岸臺(tái)、船臺(tái)，作用范圍受限且受干擾影響大，難以體系化地發(fā)揮作用[2]。中國加入國際海事組織的SOLAS公約后，沿用其海上應(yīng)急通信技術(shù)，尚未形成自主完整的海洋應(yīng)急通信體系。

2? ?船載應(yīng)急通信關(guān)鍵技術(shù)

文獻(xiàn)[3]就海上應(yīng)急通信技術(shù)提出了“空天地?！币惑w化應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想，將天基、空基、陸基、?；W(wǎng)絡(luò)聯(lián)合在一起，構(gòu)成海上應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，主要包括衛(wèi)星通信、短波/超短波通信、移動(dòng)通信、可見光通信、水下通信等。

2.1 應(yīng)急通信技術(shù)

船載應(yīng)急通信技術(shù)須適應(yīng)海洋環(huán)境、具備應(yīng)急通信能力，其關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾方面。

（1）衛(wèi)星通信技術(shù)。利用衛(wèi)星通信技術(shù)建立穩(wěn)定的回岸鏈路，使船岸間保持可靠的通信。衛(wèi)星通信應(yīng)依托國內(nèi)天通一號及其他衛(wèi)星資源構(gòu)建應(yīng)急通信系統(tǒng)[4]。

（2）地面微波通信技術(shù)。微波通信頻帶寬、容量大，可用于衛(wèi)星回岸備份鏈路。

（3）地面MF/HF/VHF通信技術(shù)。船舶按航行海區(qū)要求配置通信電臺(tái)，具有發(fā)送和接收船岸、船船的遇險(xiǎn)報(bào)警、搜救協(xié)調(diào)、救助現(xiàn)場通信功能。

（4）LTE移動(dòng)通信技術(shù)。救助現(xiàn)場的大容量無線通信覆蓋功能。

2.2 應(yīng)急感知技術(shù)

應(yīng)急感知技術(shù)是船載應(yīng)急通信技術(shù)中感知船舶位置、接收船舶報(bào)警的綜合性通信技術(shù)，包括以下幾種。

（1）AIS。集通信、網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)于一體的新型海上安全信息與助航系統(tǒng)。

（2）SOS。海上應(yīng)急通信一鍵呼救技術(shù)，補(bǔ)充基于短波、超短波的示位標(biāo)功能。

（3）北斗短報(bào)文應(yīng)急通信。

（4）NBIoT。窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，支持海上無人平臺(tái)低帶寬、大容量接入。

2.3 應(yīng)急通信調(diào)度

可視化指揮調(diào)度技術(shù)綜合利用各類通信指揮功能，實(shí)現(xiàn)船岸間現(xiàn)場實(shí)時(shí)畫面共享，解決應(yīng)急通信開展時(shí)“看不見、聽不清”的難題。文獻(xiàn)[5]提出多模融合構(gòu)建海上寬帶通信與信息服務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)，為海上公務(wù)船提供高速及穩(wěn)定的服務(wù)[6]。

3? ?船載應(yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

船載應(yīng)急通信系統(tǒng)具備快速應(yīng)急響應(yīng)能力，多模通信能力。文獻(xiàn)[7]提出應(yīng)急通信船系統(tǒng)，為現(xiàn)場救援提供通信支撐平臺(tái)。文獻(xiàn)[8]提出基于無人艇組建LTE網(wǎng)絡(luò)的海上應(yīng)急通信系統(tǒng)，但無人艇在高海況下生存能力弱。

3.1 船載應(yīng)急通信系統(tǒng)架構(gòu)

船載應(yīng)急通信系統(tǒng)包括衛(wèi)星通信子系統(tǒng)、地面微波通信子系統(tǒng)、地面MF/VHF/HF通信子系統(tǒng)、地面岸基指揮調(diào)度子系統(tǒng)、船舶平臺(tái)、通信方艙。船載應(yīng)急通信系統(tǒng)中各子系統(tǒng)可靈活搭配，形成不同的應(yīng)急通信方案。

（1）衛(wèi)星通信子系統(tǒng)。靈活選用海事衛(wèi)星、Ku衛(wèi)通、Ka衛(wèi)通、天通一號或低軌衛(wèi)星。

（2）微波通信子系統(tǒng)。在離岸100 km內(nèi)，可選用微波通信方式。

（3）MF/HF/VHF子系統(tǒng)。根據(jù)海區(qū)選用不同的通信電臺(tái)。

（4）船舶平臺(tái)。選擇具備平直甲板的通用船舶、漁船、公務(wù)船或?qū)Ｓ么暗取?/p>

（5）通信方艙。依據(jù)信號覆蓋距離選用系留無人機(jī)通信方艙搭載AIS/LTE/SOS/微波通信載荷、系留氣球通信方艙搭載AIS/LTE/SOS/微波通信載荷、綜合通信方艙搭載AIS/LTE/SOS/微波/衛(wèi)星通信載荷。通信方艙具備能源自供給、平板運(yùn)輸、吊裝能力。

3.2 船載應(yīng)急通信系統(tǒng)功能

船載應(yīng)急通信系統(tǒng)面向多種海上應(yīng)急任務(wù)場景，通過通信方艙的快速吊裝實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信功能，具體包括以下方面。

（1）海域無線覆蓋增強(qiáng)。利用系留氣球方艙及系留無人機(jī)方艙提供的無人升空平臺(tái)，擴(kuò)大海域無線覆蓋范圍。

（2）岸基互聯(lián)。通過衛(wèi)星通信鏈路或微波視距通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)船載應(yīng)急通信系統(tǒng)與岸基通信系統(tǒng)互聯(lián)，近岸時(shí)采用微波鏈路，中遠(yuǎn)海采用衛(wèi)星鏈路；

（3）感知數(shù)據(jù)采集。采用大區(qū)域NBIoT無線接入技術(shù)對應(yīng)急海域各類海上無人探測平臺(tái)、船舶提供信息接入服務(wù)。

（4）多媒體調(diào)度。搭載船舶作為臨時(shí)指揮調(diào)度中心進(jìn)行應(yīng)急通信指揮調(diào)度。

（5）海上AIS避碰信號搜集。收集海上船舶的AIS信號，建立應(yīng)急搜救船舶信息數(shù)據(jù)庫。

（6）海上遇險(xiǎn)求救（SOS）功能。接收海上遇險(xiǎn)求救信號功能。

4? ?應(yīng)急通信方艙設(shè)計(jì)

應(yīng)急通信方艙采用通用船舶、漁船或?qū)Ｓ么白鳛榇钶d平臺(tái)，采用平板車及集裝箱車作為運(yùn)輸平臺(tái)，集成通信載荷，應(yīng)急通信方艙設(shè)計(jì)包括以下5個(gè)方面。

（1）方艙艙體設(shè)計(jì)。方艙艙體尺寸為標(biāo)準(zhǔn)40英尺平底集裝箱，艙體適應(yīng)高鹽、高濕、振動(dòng)等海洋環(huán)境；艙體布局分為載荷艙、工作艙及設(shè)備艙三部分。

（2）載荷艙及通信載荷設(shè)計(jì)。可搭載衛(wèi)星收發(fā)單元、LTE基站、微波收發(fā)單元、AIS收發(fā)單元及SOS收發(fā)單元。根據(jù)搭載通信載荷種類設(shè)計(jì)通用方艙、系留無人機(jī)方艙及系留氣球方艙，設(shè)計(jì)天線穩(wěn)定平臺(tái)及升降平臺(tái)。

（3）工作艙及指揮調(diào)度設(shè)計(jì)。具備視頻接入、語音對講、態(tài)勢查看等功能。

（4）能源設(shè)計(jì)。具備多余度能源方案接入市電、船電，配備柴油發(fā)電設(shè)備。

（5）裝船設(shè)計(jì)。通信方艙與搭載船舶之間的電話、網(wǎng)絡(luò)及電源接口設(shè)計(jì)。

5? ?船載應(yīng)急通信系統(tǒng)驗(yàn)證

通過開展陸上試驗(yàn)、系泊試驗(yàn)及海上航行試驗(yàn)，全面驗(yàn)證船載應(yīng)急通信系統(tǒng)的功能及性能[9]。陸上試驗(yàn)及系泊試驗(yàn)驗(yàn)證應(yīng)急通信方艙之間的通聯(lián)關(guān)系，海上航行試驗(yàn)驗(yàn)證海上應(yīng)急通信能力。

海上航行試驗(yàn)選定舟山東極島附近的試驗(yàn)海域（如圖2所示），P6、P7、P8、P9四點(diǎn)坐標(biāo)分別是：29°2.685'N 122°37.530'E；30°4.075'N 123°0.405'E；30°5.001'N 124°3.787'E；29°2.218'N 123°42.363'E；試驗(yàn)海域平均水深為56米，平均風(fēng)速為5.9 m/s，白天平均溫度為27.5℃，流速為0.1 m/s。兩艘測試船1#和2#及一艘配試船3#參與海上航行試驗(yàn)，試驗(yàn)科目見表1。

試驗(yàn)結(jié)果分析如下。

（1）船載應(yīng)急通信系統(tǒng)具備快速機(jī)動(dòng)、綜合應(yīng)急通信功能。

（2）衛(wèi)星跟蹤能力強(qiáng)，衛(wèi)星通信信號及質(zhì)量穩(wěn)定。

（3）VHF/HF電臺(tái)離岸一定距離后通信不暢，部分位置存在通信盲區(qū)。

（4）受海浪橫、縱搖影響，船載LTE通信天線主波束產(chǎn)生差異偏離，在高海況上頻繁發(fā)生通信中斷現(xiàn)象，LTE天線穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì)需優(yōu)化。

（5）近岸LTE語音通信受公網(wǎng)通信干擾質(zhì)量差，離岸20 km后通信質(zhì)量較好。

6? ?結(jié)束語

本文旨在探究船載應(yīng)急通信技術(shù)及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，通過對應(yīng)急通信現(xiàn)狀和技術(shù)的分析，選擇適合船載應(yīng)急通信的無線電通信技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)，模塊化構(gòu)建應(yīng)急通信系統(tǒng)并提出了船載應(yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。通過海上航行試驗(yàn)驗(yàn)證船載應(yīng)急通信技術(shù)和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有可快速部署到指定海域能力，通信載荷滿足性能設(shè)計(jì)要求，在測試中發(fā)現(xiàn)海上通信時(shí)存在的一些局限性，這些問題需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)，我們將繼續(xù)探索更加優(yōu)化的船載應(yīng)急通信技術(shù)系統(tǒng)，以推動(dòng)船載應(yīng)急通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

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