提高海上平臺衛(wèi)星鏈路穩(wěn)定性的三種方法

郭欣宇

摘要：某氣田作為重要的天然氣生產(chǎn)平臺，為了保證下游生產(chǎn)的不中斷，在臺風(fēng)來臨時(shí)，生產(chǎn)人員全部撤離平臺期間需要通過衛(wèi)星鏈路對平臺生產(chǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)測、調(diào)整。但是在臺風(fēng)、暴雨等惡劣氣候條件下，衛(wèi)星通訊鏈路的通訊質(zhì)量也會惡化，甚至不能滿足通訊傳輸?shù)男枨?，可能?dǎo)致生產(chǎn)不能繼續(xù)進(jìn)行，蒙受巨大的損失。本文結(jié)合某平臺衛(wèi)星通訊的特點(diǎn)和實(shí)際工作狀況，提出改善該平臺衛(wèi)星通訊鏈路質(zhì)量的三種方法。

關(guān)鍵詞：平臺;衛(wèi)星鏈路;穩(wěn)定性

1 引言

某氣田位于南海北部鶯歌海海域，海南省鶯歌海鎮(zhèn)正西方約100KM處，氣田由三座井口平臺和一座中心處理平臺以及一個(gè)陸地終端組成。中央控制系統(tǒng)由五部分組成，四個(gè)部分通過光線連接，雙網(wǎng)配置，共用兩個(gè)互為備份的服務(wù)器，構(gòu)成一套系統(tǒng)。雙網(wǎng)、雙服務(wù)器冗余配置構(gòu)成另外一套系統(tǒng)。

除了完成終端的控制外，在正常情況下可以對其他四個(gè)部分的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)督，在臺風(fēng)到來的情況下，還可以完成對其他四個(gè)部分的控制和聯(lián)鎖停機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)其余四部分的無人值守。

陸地終端和海上平臺的兩個(gè)中控系統(tǒng)之間通過衛(wèi)星通訊鏈路交互數(shù)據(jù)。衛(wèi)星通訊系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 提高衛(wèi)星鏈路質(zhì)量的三種方法

某終端中控系統(tǒng)在臺風(fēng)遙控模式下每分鐘發(fā)送一個(gè)檢測信號，如果平臺中控系統(tǒng)15分鐘內(nèi)沒有收到此信號，平臺中控系統(tǒng)將視為通訊中斷，為了保證安全將啟動自動關(guān)停程序，所以衛(wèi)星通訊鏈路的穩(wěn)定對避臺期間的生產(chǎn)來說至關(guān)重要。但臺風(fēng)期間的大雨和平臺晃動等因素會對衛(wèi)星通訊質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，如何克服這些影響，保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行，本文結(jié)合某平臺衛(wèi)星通訊的特點(diǎn)和實(shí)際工作狀況，提出改善該平臺衛(wèi)星通訊鏈路質(zhì)量的三種方法。

2.1功帶平衡下的調(diào)制編碼方式選擇

在數(shù)字調(diào)制中，信號傳輸?shù)馁|(zhì)量主要取決于比特差錯(cuò)率（BER），而對BER起重要影響的便是噪聲功率譜密度比（Eb/No），不同的編碼方式達(dá)到相同BER的Eb/No是不同的。

如果選用低階的編碼方式和高的糾錯(cuò)率，可以在Eb/No很低的情況下滿足BER = 10-8的要求，但同這時(shí)的頻譜使用效率（單位頻帶的傳輸比特率）就很低。而對于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器而言，是接收和轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星與地球站之間的無線電信號，主要處理的是模擬信號和數(shù)字信號，它可以通過帶寬或者功率來進(jìn)行發(fā)射信號，但同樣也占用了有限的寶貴資源，衛(wèi)星運(yùn)營上收費(fèi)將綜合考慮帶寬和功率的占用情況來計(jì)算。

在為某平臺鏈路設(shè)計(jì)選擇調(diào)制編碼方式時(shí)既要考慮頻譜利用率的高效，用來節(jié)省衛(wèi)星頻帶，又需要考慮傳輸質(zhì)量，但這兩個(gè)需求經(jīng)常是互相矛盾的，所以在實(shí)際參數(shù)選擇和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，兩者又必須取得平衡。經(jīng)過權(quán)衡考慮，我們從節(jié)省帶寬和實(shí)際應(yīng)用方面考慮從以上方面考慮，采取了折中方式，正常使用時(shí)確定了選用 Turbo FEC 3/4和QPSK方式，臺風(fēng)來臨前兩天根據(jù)氣象預(yù)報(bào)的情況通過遠(yuǎn)程遙控的方式將編碼方式調(diào)整為Turbo BPSK Rate 21/44，通過表1可以看到，該參數(shù)的改動可以帶來1.1dB的系統(tǒng)余量，同時(shí)通過與衛(wèi)星公司協(xié)商臨時(shí)增加衛(wèi)星站的發(fā)射電平值，能有效的抵消環(huán)境因素帶來的部分影響。

2.2衛(wèi)星功放設(shè)備的選擇

衛(wèi)星功放由上行設(shè)備高功放（HPA）和下行設(shè)備低噪聲放大器（LNA）兩部分組成。

衛(wèi)星站高功放（HPA）是衛(wèi)星上行站中的一個(gè)重要設(shè)備，能夠讓基帶信號轉(zhuǎn)換成衛(wèi)星的信號傳輸，高功放維護(hù)的具體內(nèi)容包括：風(fēng)冷系統(tǒng)的維護(hù)、高功效前面板LED測試、波導(dǎo)電弧測試、顯示顏色測試等，高功放工作效率高低，決定了電視的安全、流暢的播出，所以越來越多的高功放進(jìn)入了改造升級的步驟。

微波射頻低噪聲放大器（LNA）是衛(wèi)星下行設(shè)備中一個(gè)非常重要的設(shè)備，常用于接受信號，并在放大信號的同時(shí)，完成降噪的工作，衛(wèi)星放大器的改革主要是性能的改進(jìn)，并通過更好的設(shè)備完成降本的目的。如圖下所示。這里的每一種結(jié)構(gòu)或者以單端形式出現(xiàn)，或者以差分形式出現(xiàn)。

由于衛(wèi)星功放在對全系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要的影響，作為大功率有源設(shè)備設(shè)備，衛(wèi)星功放的故障率在全系統(tǒng)設(shè)備中是最高的，為了將減小衛(wèi)星功放故障對通訊鏈路的影響，可采取1：1熱備份功放系統(tǒng)，即使用兩臺功放，可通過切換設(shè)備進(jìn)行自動、手動切換。

某平臺的衛(wèi)星鏈路需要保證中控?cái)?shù)據(jù)傳輸，所以在衛(wèi)星通訊設(shè)備方面也需要做響應(yīng)的備份手段，通過使用1：1熱備份功放系統(tǒng)，當(dāng)其中一臺設(shè)備故障以后可自動切換到另一臺工作，無須人工干預(yù)，設(shè)備切換造成中斷時(shí)間約為10S，對全系統(tǒng)無重大影響。

2.3衛(wèi)星天線罩的選擇

天線罩對于衛(wèi)星天線和室外功放是一種保護(hù)裝置，雖然衛(wèi)星天線和功放按照室外工作標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，但良好的工作環(huán)境可以有效的保護(hù)天線系統(tǒng)免受外部環(huán)境的影響、延長整個(gè)衛(wèi)星小站室外系統(tǒng)的壽命、保護(hù)天線表面和位置的精度。

在某平臺使用的衛(wèi)星天線罩為泡沫夾層結(jié)構(gòu)截球型，整罩由26塊單元板塊組裝而成，單元板塊由具有一定電氣厚度的夾芯泡沫及內(nèi)外蒙皮構(gòu)成，內(nèi)外表面覆有白色防老化涂層。板塊間通過預(yù)埋在玻璃鋼實(shí)心邊肋上的螺母由螺栓連接為整體，連接件全部采用不銹鋼材料，板塊搭接邊夾有橡膠密封條，節(jié)點(diǎn)處采用性能較好的硅橡膠，保證天線罩的防雨性能。該天線罩可的性能指標(biāo)如下：

●適用頻段：C波段（4-6 GHz）

●整罩單程功率傳輸損耗：≤0.30dB

●單元件單程功率傳輸損耗：≤0.20dB

●抗風(fēng)能力：67米/秒

●環(huán)境溫度：-50℃～+70℃

●相對濕度：0～100%

●冰雪負(fù)荷：不小于300公斤/平方米

3 結(jié)論

通過以上三種方法在某平臺衛(wèi)星通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用，更好的提高衛(wèi)星通訊效率、減小了傳輸損耗、保證通信質(zhì)量，最終通過三種方法的應(yīng)用降低了衛(wèi)星通訊的成本，通過在臺風(fēng)期間的試驗(yàn)與應(yīng)用，基本解決了避臺期間通訊鏈路保障的問題，取得了良好的效果，為保障平臺正常生產(chǎn)做出了積極的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 丹尼斯·羅迪 著，張更新，劉愛軍，張杭，童新海 譯，《衛(wèi)星通信（第三版）》，人民郵電出版社，2002

[2] Comtech EF Data，CDM-570/570L Installation and Operation Manual，2006

[3] 中國衛(wèi)星通信集團(tuán)，《衛(wèi)星通信鏈路計(jì)算》，2010

基金項(xiàng)目：

深圳市科技計(jì)劃技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目（JSGG20170413170110695）

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