基于衛(wèi)星通信的應(yīng)急通信系統(tǒng)

胡萬瑩 朱吉勝

（武警工程大學(xué) 陜西 西安 710086）

1 應(yīng)急通信概述

1.1 應(yīng)急通信的定義

應(yīng)急通信是指在出現(xiàn)自然或人為的突發(fā)性緊急情況時，綜合利用各種通信資源，保障救援、緊急救助和必要通信所需的通信手段和方法，實現(xiàn)通信的機(jī)制。應(yīng)急通信并不是獨(dú)立存在的一種全新的新技術(shù)，而是各種通信技術(shù)、通信手段在緊急情況下的綜合運(yùn)用，其核心就是緊急情況下的通信。應(yīng)急通信不僅是單純的技術(shù)問題，還涉及管理方面。應(yīng)急通信由于其不確定性，對通信網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備提出了一些特殊要求，這些網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備從技術(shù)方面提供了通信技術(shù)手段的保障。但在管理方面，還需要建立完善的應(yīng)急通信管理體系，針對不同場景建立快速響應(yīng)機(jī)制，協(xié)調(diào)調(diào)度最合適的通信資源，提供最及時有效的通信保障。

應(yīng)急通信網(wǎng)（Emergency Communication Network,ECN）是指為應(yīng)對突發(fā)性大型自然災(zāi)害或公共事件而快速建立的臨時性通信網(wǎng)絡(luò)，為救災(zāi)組織及人員保證通信暢通，最大限度地降低災(zāi)難損失、維護(hù)社會安全和穩(wěn)定。ECN主要用于遭受地震、臺風(fēng)等重大自然災(zāi)害以及發(fā)生突發(fā)事件或恐怖襲擊事件中[2]。

1.2 研究應(yīng)急通信的目的及意義

中國是一個災(zāi)難多發(fā)、頻發(fā)的國家，特別是自然災(zāi)害時有發(fā)生，給國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財產(chǎn)造成了很大的損失。汶川地震、舟曲泥石流等，這些災(zāi)難，既考驗了通信部門的應(yīng)急響應(yīng)能力，也考驗了通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急通信保障能力。從這些經(jīng)驗教訓(xùn)中，我們逐步意識到只有在平時完善應(yīng)急通信體系，達(dá)到應(yīng)急通信保障的要求，才能在緊急關(guān)頭發(fā)揮它的作用，減少人民生命和財產(chǎn)的損失。

應(yīng)急通信系統(tǒng)是為滿足各類緊急情況下的通信需求而產(chǎn)生的，而自然災(zāi)害、衛(wèi)生事件、尤其是社會事件等突發(fā)公共安全事件發(fā)生的地點(diǎn)和規(guī)模都無法提前預(yù)知和準(zhǔn)備，各類緊急情況具有如下共同特點(diǎn)：需要應(yīng)急通信的時間一般不確定，人們無法進(jìn)行事先準(zhǔn)備，如地震、海嘯、火災(zāi)、臺風(fēng)、泥石流等突發(fā)事件；需要應(yīng)急通信的地點(diǎn)不確定；進(jìn)行應(yīng)急通信時，需要什么類型的網(wǎng)絡(luò)不確定[3]。

1.3 應(yīng)急通信的發(fā)展趨勢及前景

近年來，恐怖襲擊事件時有發(fā)生，給相關(guān)國家公共安全造成了嚴(yán)重威脅，然而應(yīng)急通信涵蓋的應(yīng)用面相當(dāng)廣泛，除了公眾安全、搶險救災(zāi)之外，還有戰(zhàn)備通信等。在戰(zhàn)爭中，占領(lǐng)或摧毀敵方的通信設(shè)施是獲取勝利的重要環(huán)節(jié)這一，這也就從根本上決定了我國的應(yīng)急通信要使用自己的應(yīng)急通信技術(shù)。尤其是無線電應(yīng)急通信技術(shù)，是應(yīng)急通信的主體和核心，積極吸取國外先進(jìn)的技術(shù)為我所用，并根據(jù)我國應(yīng)急通信的實際情況，發(fā)展我國的應(yīng)急通信技術(shù)。

2 衛(wèi)星通信概述

2.1 基本概念及原理

衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電信號，在兩個或多個地球站之間進(jìn)行的通信。地球站是指設(shè)在地球表面（包括地面、海洋和大氣中）的無線電通信站[1]。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由空間部分（通信衛(wèi)星）和地面部分（通信地面站）兩大部分構(gòu)成的。通信衛(wèi)星實際上就是一個懸掛在空中的通信中繼站[2]。它居高臨下，視野開闊，只要在它的覆蓋照射區(qū)以內(nèi)，不論距離遠(yuǎn)近都可以通信，通過它轉(zhuǎn)發(fā)和反射電報、電視、廣播和數(shù)據(jù)等無線信號。靜止衛(wèi)星與地球相對位置的示意圖如圖1-1所示。

圖1-1 靜止衛(wèi)星配置的幾何關(guān)系

從衛(wèi)星向地球引兩條切線，切線夾角為17.34°，兩切點(diǎn)間弧線距離為18101km，在這個衛(wèi)星電波波束覆蓋區(qū)內(nèi)的地球站均可通過該衛(wèi)星來實現(xiàn)通信。若以120°的等間隔在靜止軌道上配置三顆衛(wèi)星，則地球表面除了兩極未被衛(wèi)星波束覆蓋外，其他區(qū)域均在覆蓋范圍內(nèi)，而且其中部分區(qū)域為兩個靜止衛(wèi)星波束的重疊地區(qū)，因此，借助于在重疊區(qū)內(nèi)的地球的中繼，可以實現(xiàn)在不同衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)地球站之間的通信[3]。由此可見，只要用三顆等間隔配置的靜止衛(wèi)星就可以實現(xiàn)全球通信，這一特點(diǎn)是任何其他通信方式不具備的。

2.2 主要特點(diǎn)

衛(wèi)星通信具有以下優(yōu)點(diǎn)：通信距離遠(yuǎn)，且費(fèi)用與通信距離無關(guān)；覆蓋面積大，可進(jìn)行多址通信；通信頻帶寬，傳輸容量大，適于多種業(yè)務(wù)傳輸；通信線路穩(wěn)定可靠，通信質(zhì)量高；通信電路靈活；機(jī)動性好；可以自發(fā)自收進(jìn)行監(jiān)測。

同時也存在如下缺點(diǎn)：通信具有廣播特性，較易被竊聽；通信時延較長；通信鏈路易受外部條件影響；存在日凌中斷和星蝕現(xiàn)象等[4]。

2.3 應(yīng)急衛(wèi)星通信網(wǎng)

衛(wèi)星通信是地球站之間通過通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器所進(jìn)行的微波通信。面對地震、臺風(fēng)等自然災(zāi)害，衛(wèi)星通信發(fā)揮著無可替代的重要作用。其受自然條件的影響極小，衛(wèi)星電話等通信手段可以作為搶險救災(zāi)臨時通信的主要設(shè)備。在陸地等常規(guī)通信傳輸系統(tǒng)中斷或其他通信線纜未鋪設(shè)到之處，它能夠幫助人們實現(xiàn)信息傳遞。

我國幅員遼闊、經(jīng)濟(jì)相對落后，若與發(fā)達(dá)國家交戰(zhàn)，恐怕難以掌握制電磁權(quán)與制空權(quán)。從這些實際情況出發(fā)，應(yīng)急衛(wèi)星通信網(wǎng)成為比較適合我國國情的應(yīng)急通信系統(tǒng)。

在汶川地區(qū)發(fā)生的特大地震，地面通信設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞，成為信息孤島，而衛(wèi)星通信在這次的救災(zāi)工作中發(fā)揮了重大作用。災(zāi)區(qū)與外界的首次通信聯(lián)絡(luò)靠的是衛(wèi)星電話，地面移動通信網(wǎng)的恢復(fù)靠的是衛(wèi)星基站，現(xiàn)場采訪、直播報道靠的是通信衛(wèi)星和移動轉(zhuǎn)播車，現(xiàn)場指揮靠的是衛(wèi)星電話、應(yīng)急通信車、背負(fù)式衛(wèi)星通信小站，堰塞湖無人視頻監(jiān)測、災(zāi)區(qū)可視電話開通靠的是寬帶衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集終端。[5]針對應(yīng)急通信的需求，應(yīng)急衛(wèi)星通信網(wǎng)采用VSAT衛(wèi)星通信、海事衛(wèi)星等遠(yuǎn)程接入方式，結(jié)合集群通信、北斗衛(wèi)星、視頻會議等多種業(yè)務(wù)接入手段，提高應(yīng)急通信能力。

2.4 衛(wèi)星通信技術(shù)在汶川地震中的應(yīng)用

汶川地震嚴(yán)重破壞了地面公用電信網(wǎng)，造成大面積通信網(wǎng)絡(luò)的全面中斷，該區(qū)域內(nèi)原有的有線、無線等各種通信聯(lián)絡(luò)方式都無效，災(zāi)區(qū)的指揮調(diào)度和救援工作受到很大影響，在這種情況下，衛(wèi)星通信在汶川地震救援工作中，發(fā)揮了巨大的作用。各種衛(wèi)星通信車輛、VAST終端站、衛(wèi)星手機(jī)等源源不斷地進(jìn)入災(zāi)區(qū)，為前線救災(zāi)構(gòu)建起了衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)災(zāi)后通信“四個第一”：即利用衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)送出重災(zāi)區(qū)映秀鎮(zhèn)的第一段視頻，利用海事衛(wèi)星從震區(qū)打出第一個電話，利用衛(wèi)星傳輸鏈路，開通震后的第一個移動基站，利用衛(wèi)星應(yīng)急通信指揮車和海事衛(wèi)星電話，協(xié)助建立起第一個臨時應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)。[6]

在汶川地震中，海事衛(wèi)星和北斗一號衛(wèi)星通信系統(tǒng)得到了比較多的應(yīng)用。國家抗震救災(zāi)總指揮部、各級政府和相關(guān)救援部門使用各類海事衛(wèi)星近438臺，同時，還有一些相關(guān)應(yīng)急通信隊伍手中也擁有大量海事衛(wèi)星終端。據(jù)估計，大約有2000部海事衛(wèi)星設(shè)備為汶川地震救災(zāi)現(xiàn)場提供服務(wù)。目前，海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有全球覆蓋、全天候、可移動、全方位、帶寬大等特點(diǎn)，主要業(yè)務(wù)種類有語音、數(shù)據(jù)、傳真、視頻傳輸?shù)?。地震發(fā)生后，中國交通通信中心與國際海事衛(wèi)星組織緊急溝通，為中國震區(qū)爭取到了兩倍于之前的信道資源，保證了災(zāi)區(qū)海事衛(wèi)星設(shè)備和通信能力[7]。

除海事衛(wèi)星和北斗一號衛(wèi)星通信系統(tǒng)外，鑫諾、全球星、銥星、中星等衛(wèi)星通信系統(tǒng)也在汶川地震中發(fā)揮了重要作用，可以毫不夸張地說，在汶川地震搶險救災(zāi)工作中發(fā)揮巨大作用是我國絕大多數(shù)可以調(diào)用的、集中在災(zāi)區(qū)的衛(wèi)星通信設(shè)備。

這次抗震救災(zāi)活動證明了，衛(wèi)星通信具有地面網(wǎng)絡(luò)所不具備的備份性、廣泛覆蓋性和靈活性，不依賴地面通信條件，不受距離和地形的限制，不需要布設(shè)通信基站，在地面通信網(wǎng)絡(luò)遭受破壞時，或在沒有光纖、沒有無線通信條件下，衛(wèi)星通信仍然可以進(jìn)行語音、數(shù)據(jù)和視頻等通信服務(wù)，甚至在不具有電力條件的地方，也可保障應(yīng)急通信的暢通。

3 結(jié)束語

汶川大地震提醒我們，應(yīng)急通信有僅需要有序快速的通信指揮調(diào)度，更需要的是如何讓受災(zāi)的人們在第一時迅速將受災(zāi)的信息準(zhǔn)確傳遞出去。本文以汶川地震為例，主要研究衛(wèi)星通信在應(yīng)急通信中發(fā)揮的巨大作用，為以后更好的建立科學(xué)、完善的應(yīng)急通信系統(tǒng)起到了重要作用，具有一定實際意義。

［1］高淑婷，李文雅，姚國林.流星余跡通信的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)研究[J].鄭州：河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，2009,2.

［2］張鵬，陳金鷹.突發(fā)自然災(zāi)害與應(yīng)急通信[J].成都：成都理工大學(xué)信息工程學(xué)院，2009,1.

［3］王海濤.應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及其關(guān)鍵技術(shù)[J].南京：解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院，2010,1.

［4］張雪麗，王睿.應(yīng)急通信新技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010,1.

［5］王海濤.應(yīng)急通信的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)手段分析[J].解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院，2010,11.

［6］王秉鈞，王少勇.衛(wèi)星通信系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010,8.

［7］胡中豫.現(xiàn)代短波通信[M].國防工業(yè)出版社，2003,10.