消防救援衛(wèi)星通信設(shè)備的運(yùn)維與保障—以四川省為例

文｜趙歡 何海洲 郭君峰 張萬(wàn)寧

1.重慶兩江衛(wèi)星移動(dòng)通信有限公司成都分公司 2.成都時(shí)代星光科技有限公司

一、前言

衛(wèi)星通信的通常定義是指利用位于太空中的衛(wèi)星作為中繼傳輸節(jié)點(diǎn)開(kāi)展的通信服務(wù)。與地面通信相比，衛(wèi)星通信的主要優(yōu)點(diǎn)包括其廣域覆蓋性（理論上，單顆同步衛(wèi)星便可覆蓋約1/3的地球表面積）以及對(duì)地面自然災(zāi)害的容忍性（與此相反，4G/5G基站等地面通信設(shè)施在自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)極易被破壞）。因此在國(guó)內(nèi)外的衛(wèi)星通信應(yīng)用中，針對(duì)地面通信難以覆蓋的地區(qū)（如海洋區(qū)域）及災(zāi)害狀況下的應(yīng)急通信保障一直是業(yè)內(nèi)重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)目前相對(duì)成熟的衛(wèi)星通信行業(yè)應(yīng)用中，消防救援工作是一類典型的可充分發(fā)揮衛(wèi)星通信優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域，在我國(guó)西南地區(qū)的四川省體現(xiàn)得更加明顯。自然災(zāi)害（如泥石流、森林火災(zāi)等）的常發(fā)區(qū)域本身往往是人煙稀少地區(qū)，地面通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)力度與覆蓋密度不能與城鎮(zhèn)區(qū)域相比；而當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，地面通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施往往首當(dāng)其沖遭到破壞，進(jìn)一步加劇了現(xiàn)場(chǎng)通信保障的困難。因此在目前國(guó)內(nèi)消防救援工作中，衛(wèi)星通信設(shè)備已成為重要裝備，并在實(shí)踐工作中發(fā)揮了不可替代的作用。

但另一方面，消防救援工作中的衛(wèi)星通信與其他應(yīng)用場(chǎng)景相比也有其特殊性。由于自然或人為災(zāi)害的發(fā)生通常都難以預(yù)見(jiàn)，即意味著消防救援工作開(kāi)展以及應(yīng)急通信保障需求具有明顯的突發(fā)性與臨時(shí)性，而從衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的角度而言，也意味著難以為應(yīng)急通信分配固定的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源（帶寬與時(shí)長(zhǎng)），只能采取臨時(shí)按需分配的形式。在全國(guó)消防救援衛(wèi)星通信統(tǒng)一由消防部局平臺(tái)管理的前提下，最終呈現(xiàn)的將是一個(gè)大量用戶隨機(jī)接入、資源動(dòng)態(tài)分配的復(fù)雜系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)中可能會(huì)面臨各種挑戰(zhàn)；從用戶的角度，其配備的衛(wèi)星通信設(shè)備可能在絕大多數(shù)時(shí)間處于待機(jī)或閑置狀態(tài)，但要求在救援工作開(kāi)展時(shí)能迅速投入正常使用。目前消防救援衛(wèi)星通信網(wǎng)內(nèi)的用戶終端（即全國(guó)各省市消防救援支隊(duì)/大隊(duì)的衛(wèi)星通信設(shè)備）由于通常采用招標(biāo)采購(gòu)的形式，其形態(tài)難以統(tǒng)一化與標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)實(shí)踐中的運(yùn)維與保障也提出了更高的要求。

作者根據(jù)近年來(lái)從事四川省內(nèi)消防救援衛(wèi)星通信行業(yè)工作的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了該行業(yè)內(nèi)運(yùn)維保障工作的若干特點(diǎn)，并針對(duì)幾類常見(jiàn)的問(wèn)題提出了針對(duì)性的措施。四川省內(nèi)由于地理環(huán)境復(fù)雜，自然災(zāi)害多發(fā)，消防救援工作對(duì)于衛(wèi)星通信的依賴程度以及衛(wèi)星通信設(shè)備完好率的要求都高于國(guó)內(nèi)的平均水平[1]，以此為基礎(chǔ)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)也更具有代表性與參考價(jià)值。本文將主要針對(duì)消防救援這一特定行業(yè)內(nèi)的問(wèn)題進(jìn)行探討。

二、四川省消防救援衛(wèi)星通信設(shè)備運(yùn)維保障工作的特點(diǎn)

如前所述，運(yùn)維保障工作的最終目的是保證衛(wèi)星通信設(shè)備的完好率與可用性，尤其是在突發(fā)性救援任務(wù)時(shí)能迅速投入使用的能力，而此類工作的開(kāi)展方式與特點(diǎn)也顯然取決于消防救援行業(yè)內(nèi)衛(wèi)星通信應(yīng)用及設(shè)備自身的特點(diǎn)。作者根據(jù)近年來(lái)的工程經(jīng)驗(yàn)做了以下幾方面總結(jié)，其中既有對(duì)運(yùn)維工作開(kāi)展有利的因素，也有需要重點(diǎn)考慮的風(fēng)險(xiǎn)性因素。

1.衛(wèi)星通信設(shè)備操作的標(biāo)準(zhǔn)化程度較高

消防救援工作目前的衛(wèi)星通信應(yīng)用實(shí)踐中，操作的標(biāo)準(zhǔn)化與簡(jiǎn)單化是重要趨勢(shì)，也是應(yīng)急通信保障工作的必然要求。其他文獻(xiàn)中曾有提到[2]，一方面，消防救援工作的緊急性往往不允許在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展復(fù)雜的通信設(shè)備調(diào)試工作；另一方面，消防救援人員由于自身教育背景、服役期限以及輪崗等因素，其對(duì)衛(wèi)星通信的掌握程度也不宜按照專業(yè)技術(shù)人員的水準(zhǔn)預(yù)估。因此在交付時(shí)間較晚的衛(wèi)星通信車(chē)等設(shè)備，尤其是2018年后交付的項(xiàng)目中，主流趨勢(shì)是盡可能簡(jiǎn)化一線人員的操作。例如在理想狀況下，前方人員只需要開(kāi)啟車(chē)載動(dòng)中通天線與功放，完成自動(dòng)對(duì)星與校準(zhǔn)后，根據(jù)部局下發(fā)的鏈路信息（上下行頻點(diǎn)），可在終端管理軟件上一鍵點(diǎn)擊建立鏈接，應(yīng)用層的軟件（如視頻會(huì)議軟件）也通常預(yù)置登錄信息，可自動(dòng)登錄部局平臺(tái)的視頻會(huì)議系統(tǒng)，并與后方指揮中心建立聯(lián)系。標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程一方面簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維保障工作的難度，即使出現(xiàn)故障也較容易復(fù)現(xiàn)排查，但另一方面，由于系統(tǒng)本身架構(gòu)與功能的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化前方操作的必然代價(jià)則是將大量的網(wǎng)管功能移至部局平臺(tái)端完成，實(shí)踐中由于部局平臺(tái)自身也可能發(fā)生問(wèn)題，前方往往難以第一時(shí)間判斷原因。

2.運(yùn)維保障工作的復(fù)雜性明顯

運(yùn)維保障工作的復(fù)雜性可從不同的角度體現(xiàn)。相關(guān)文獻(xiàn)中[3]提到了衛(wèi)星通信一體化應(yīng)用的觀點(diǎn)，遵循這一原則，衛(wèi)星通信指揮車(chē)等大型平臺(tái)可作為現(xiàn)場(chǎng)救援指揮與通信的綜合應(yīng)用平臺(tái)，搭載種類豐富的消防救援裝備，作為通信傳輸信道的衛(wèi)星通信設(shè)備也意味著需要對(duì)接越來(lái)越多的數(shù)據(jù)來(lái)源。而在復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸鏈路中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法正常傳輸，現(xiàn)場(chǎng)人員缺乏排查手段與經(jīng)驗(yàn)時(shí)，往往直接歸咎于衛(wèi)星通信的問(wèn)題，可能會(huì)誤導(dǎo)技術(shù)人員的排查方向。以單兵圖傳采集為例，端到端的數(shù)據(jù)傳輸需要經(jīng)歷的環(huán)節(jié)包括原始數(shù)據(jù)采集（手持?jǐn)z像頭拍攝）、視頻編碼壓縮、短波無(wú)線電傳輸與接收、矩陣切換、衛(wèi)星通信調(diào)制與發(fā)射、后方指揮中心接收與顯示等多個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)踐中已發(fā)生多次前方人員報(bào)稱衛(wèi)星通信故障，但經(jīng)仔細(xì)排查后發(fā)現(xiàn)是其他設(shè)備異常的案例。

運(yùn)維保障工作的復(fù)雜性還體現(xiàn)在故障原因分析中。衛(wèi)星通信設(shè)備由于采購(gòu)價(jià)格通常較高，服役期限較長(zhǎng)，而消防救援工作的現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜，在其使用年限的后期可能發(fā)生很多難以預(yù)見(jiàn)的故障，即使在可以將故障部位明確定位至衛(wèi)星通信設(shè)備的情況下，具體的故障原因分析也往往需要工程人員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

3.不可控因素較多，運(yùn)維工作要求具有全局性思維

由于消防救援的衛(wèi)星通信涉及部局平臺(tái)與用戶設(shè)備的互聯(lián)互通，且用戶設(shè)備（主要指衛(wèi)星通信車(chē)）本身也是復(fù)雜的集成項(xiàng)目，實(shí)踐中的衛(wèi)星通信故障原因排查及維保工作往往會(huì)超出衛(wèi)星通信本身的范疇（例如，車(chē)輛底盤(pán)或機(jī)械故障可能會(huì)直接影響動(dòng)中通衛(wèi)星天線工作），此類情況本文不作詳細(xì)展開(kāi)討論，但要求技術(shù)人員必須具備系統(tǒng)工程的思維，才能更好地完成維護(hù)保障工作。

三、典型案例分析

以下給出根據(jù)近年來(lái)工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的幾類典型維保工作案例，其產(chǎn)生原因、故障現(xiàn)象與后果、針對(duì)性措施都各不相同。

1.由于外在不可控因素導(dǎo)致的異常

前文提到的部局平臺(tái)側(cè)的問(wèn)題便是典型的外在不可控因素。其他文獻(xiàn)[4]對(duì)此也早有認(rèn)識(shí)，由于我國(guó)消防救援衛(wèi)星通信系統(tǒng)已運(yùn)行多年，早期設(shè)計(jì)的局限性在今天的運(yùn)行中將不可避免地導(dǎo)致一些問(wèn)題。此類情況的難點(diǎn)在于部局系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與工作狀況對(duì)于一線完全處于黑箱狀態(tài)，在無(wú)法與部局實(shí)時(shí)溝通的情況下，現(xiàn)場(chǎng)很難定位故障原因。例如，在消防救援早期應(yīng)用的Comtech平臺(tái)中，部局通過(guò)私有協(xié)議將全國(guó)的消防支隊(duì)劃分為若干組（101～108），終端在請(qǐng)求接入平臺(tái)時(shí)必須按照對(duì)應(yīng)的組別，否則將無(wú)法接入，而一旦部局給出的組號(hào)錯(cuò)誤（現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法校驗(yàn)），產(chǎn)生的現(xiàn)象是衛(wèi)星通信鏈路層一切參數(shù)正常，但應(yīng)用層無(wú)法建立鏈接。在2019年下半年從亞洲七號(hào)至亞洲九號(hào)的轉(zhuǎn)星工作中，曾有四川省某地級(jí)市支隊(duì)報(bào)稱動(dòng)中通故障，現(xiàn)場(chǎng)維修人員調(diào)試近4天，設(shè)備一切正常，經(jīng)與部局工程師反復(fù)確認(rèn)，才最終發(fā)現(xiàn)是該支隊(duì)組號(hào)分配錯(cuò)誤（四川省內(nèi)部分衛(wèi)星通信設(shè)備劃入104組，另一部分則劃入108組），修改后立即恢復(fù)正常?？梢灶A(yù)見(jiàn)，一旦在真正的消防救援工作中因?yàn)檫@類問(wèn)題影響衛(wèi)星通信，可能帶來(lái)嚴(yán)重的后果。

另一個(gè)典型的外部不可控因素則是來(lái)自其他消防救援支隊(duì)的設(shè)備。由于前述衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源動(dòng)態(tài)按需分配的原則，目前國(guó)內(nèi)消防救援衛(wèi)星通信的資源分配方式是部局租用亞洲九號(hào)衛(wèi)星上一個(gè)完整的Ku 54MHz轉(zhuǎn)發(fā)器（線性極化），由全國(guó)數(shù)百個(gè)地級(jí)市消防支隊(duì)共享。在此情況下，衛(wèi)星通信天線的極化隔離度不夠是最常見(jiàn)的問(wèn)題（通常要求至少不低于20dB的隔離度），而任意一個(gè)支隊(duì)的天線問(wèn)題（無(wú)論是極化隔離器部件問(wèn)題還是由于天線ACU程序異常而對(duì)星不準(zhǔn)）都可能導(dǎo)致衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器整體的極化隔離度不達(dá)標(biāo)，直接影響正交極化的另一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器正常運(yùn)行，實(shí)踐中部局曾多次通報(bào)這一問(wèn)題。

針對(duì)此類問(wèn)題的主要措施是技術(shù)人員必須加強(qiáng)對(duì)本地衛(wèi)通設(shè)備的了解，盡量在保證本地設(shè)備工作正常，并利用衛(wèi)星通信設(shè)備自帶的自發(fā)自收功能驗(yàn)證通信鏈路正常的基礎(chǔ)上（同時(shí)還要將調(diào)試時(shí)間控制在合理范圍內(nèi)），再對(duì)部局平臺(tái)或其他支隊(duì)的工作狀態(tài)提出合理懷疑，并積極配合部局的驗(yàn)證工作，排查相關(guān)故障。

2.由于設(shè)備自身原因?qū)е碌漠惓?/h3>

此類問(wèn)題的主要原因如前所述，是由于設(shè)備使用年限較長(zhǎng)、應(yīng)用工況復(fù)雜而導(dǎo)致的異常，其難點(diǎn)在于同樣的現(xiàn)象背后可能有不同的原因。典型的例子是LNB高頻頭，由于消防救援衛(wèi)星通信系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)器資源緊張，每次分配給用戶的頻率帶寬很窄（僅支持2Mbit/s的傳輸速率），LNB需要很高的本振穩(wěn)定度才能準(zhǔn)確鎖頻（項(xiàng)目設(shè)計(jì)需求通常為5kHz或更高的精度），一旦LNB該項(xiàng)指標(biāo)性能下降（由于溫濕度變化或老化而產(chǎn)生的晶振性能劣化），可能會(huì)導(dǎo)致傳輸不穩(wěn)定，在現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有頻譜儀等測(cè)試設(shè)備的情況下，很容易被誤判為線纜、射頻接頭或天線軟波導(dǎo)的問(wèn)題（線纜或接口老化的問(wèn)題在實(shí)踐中也比較常見(jiàn)），延誤維保工作進(jìn)度。

另一個(gè)典型的案例是動(dòng)中通天線的對(duì)星問(wèn)題。如前所述，常規(guī)的一鍵自動(dòng)對(duì)星功能實(shí)現(xiàn)的保障是后臺(tái)硬件設(shè)備與軟件算法工作狀態(tài)正常，而實(shí)踐中也是故障的高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，且故障原因并不局限于天線本身。2019年下半年的四川省消防救援衛(wèi)星通信設(shè)備巡檢工作中，曾有兩個(gè)支隊(duì)同時(shí)報(bào)稱動(dòng)中通對(duì)星異常，但現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)故障原因截然不同。支隊(duì)A將天線控制單元ACU程序重置、重新寫(xiě)入?yún)?shù)后恢復(fù)正常，支隊(duì)B則在完成所有排查后才發(fā)現(xiàn)是GPS接收單元異常（動(dòng)中通天線自動(dòng)對(duì)星的參數(shù)解算是以當(dāng)前GPS位置為基礎(chǔ)，在沒(méi)有GPS輸入的情況下無(wú)法完成）。

對(duì)于此類問(wèn)題，要求技術(shù)人員應(yīng)更加注重工程經(jīng)驗(yàn)的積累，并針對(duì)最常見(jiàn)的故障原因提前準(zhǔn)備好維修備件與工具，減輕設(shè)備異常帶來(lái)的不利影響。

3.由于人為操作不當(dāng)導(dǎo)致的異常

此類問(wèn)題的特點(diǎn)是人為因素的隨意性較大，導(dǎo)致問(wèn)題的具體原因及后果都有較大的差異。在較樂(lè)觀的情況下，異常現(xiàn)象完全由人為操作不當(dāng)引起，設(shè)備本身并未故障。例如，便攜式衛(wèi)星通信站天線雖然也具備自動(dòng)對(duì)星功能，但其內(nèi)置ACU算法性能顯然無(wú)法與車(chē)載動(dòng)中通天線相比，要求便攜站擺放必須大致面對(duì)正南方向才能完成解算（角度偏差超過(guò)一定范圍將無(wú)法自動(dòng)對(duì)星），實(shí)踐中經(jīng)驗(yàn)不足的一線消防救援人員常常遇到這一問(wèn)題。但另一種較嚴(yán)重的情況則是與第2類問(wèn)題同時(shí)出現(xiàn)并相互作用，即人為的操作不當(dāng)加劇了設(shè)備原有的異常現(xiàn)象，最終導(dǎo)致故障超出現(xiàn)場(chǎng)可處理的范疇。2019年下半年，四川省某支隊(duì)報(bào)稱動(dòng)中通天線無(wú)法正常工作，維修人員在完成常規(guī)的線纜與接頭檢查，ACU天線管理單元程序重置、更換電路板等所有現(xiàn)場(chǎng)可嘗試措施后仍無(wú)法解決問(wèn)題，聯(lián)系天線廠家進(jìn)一步排查發(fā)現(xiàn)，故障的初期原因是ACU程序異常無(wú)法對(duì)星，但現(xiàn)場(chǎng)操作人員由于長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)嘗試并一直保持功放開(kāi)機(jī)狀態(tài)，輸出功率無(wú)法以電磁波輻射的形式正常耗散，天線內(nèi)溫度嚴(yán)重超標(biāo)，最終將極化探針的固定膠熔化并導(dǎo)致探針脫落，必須返廠維修。對(duì)于此類問(wèn)題，由于其嚴(yán)重性較高，主要的應(yīng)對(duì)措施除了加強(qiáng)對(duì)一線消防救援人員培訓(xùn)相關(guān)注意事項(xiàng)、避免再次發(fā)生外，工程技術(shù)人員必須做好詳細(xì)的故障記錄，后續(xù)遇見(jiàn)類似問(wèn)題時(shí)作為排查的依據(jù)（該問(wèn)題在2019—2020年內(nèi)還有其他支隊(duì)發(fā)生過(guò)，在已有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上迅速完成了排查與修復(fù)工作）。

四、結(jié)束語(yǔ)

消防救援工作中的衛(wèi)星通信是保障消防救援隊(duì)伍戰(zhàn)斗力的重要手段，而作為高技術(shù)裝備及復(fù)雜的系統(tǒng)工程產(chǎn)品，針對(duì)衛(wèi)星通信設(shè)備開(kāi)展的運(yùn)維保障工作也是保證其服務(wù)能力的必要措施。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，運(yùn)維保障工作的意義還包括通過(guò)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)的積累，反饋至相關(guān)的設(shè)計(jì)廠家進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化，從根本上提升衛(wèi)星通信設(shè)備的性能與可靠性。本文總結(jié)的四川省消防救援衛(wèi)星通信設(shè)備運(yùn)維保障工作特點(diǎn)以及相關(guān)案例分析可為相關(guān)設(shè)計(jì)方以及工程技術(shù)人員提供一定的參考。