北極東北航道通信保障方式研究

趙伯華

（中交信通（天津）科技有限公司，天津 300456）

1 研究背景

北極東北航道是指穿過白令海峽向西航行，經(jīng)過楚科奇海，沿歐亞大陸北方海域，經(jīng)巴倫支海到達挪威北角附近的全程約3 000海里的航道，是溝通我國與歐美水上最近通道，較傳統(tǒng)航線要減少近半個月航程，其開發(fā)利用將大大拉近我國與歐洲市場的距離，減少對蘇伊士—馬六甲通道的依賴，保障海運通道安全。2017年，中俄兩國提出共同打造“冰上絲綢之路”，開展航線上相關(guān)合作。截至2019年9月，我國中遠集團已派出18艘船舶完成31個航次的北極航行任務(wù)。

近年來，經(jīng)過北極航道通信情況的調(diào)研及理論研究，結(jié)合多次實船通信測試，進一步了解了北極東北航道船舶與國內(nèi)海岸電臺無線電、衛(wèi)星通信、北斗通信效果，驗證了在我國保障北極東北航道安全通信的可行性。

本文對2019年天津海岸電臺實船測試結(jié)果進行了深入評估分析，發(fā)現(xiàn)我國國內(nèi)開展北極通信是可行的，但通信效果與提供服務(wù)還有一定差距。根據(jù)測試結(jié)果并結(jié)合理論分析，提出了北極東北航線通信保障方式及建議。

2 無線電通信測試結(jié)果分析[4]

2.1 無線電通信整體測試情況

船端與岸端共進行SSB通信測試155次，三個頻率共測試465次，其中雙向成功建立通信102次，船方單方面完成信號接收118次，岸臺單方面完成信號接收24次。三頻互補后，SSB船端接收成功率74.2%，四個站點（天津、滿洲里、哈爾濱、新疆）聯(lián)合的總成功接收率66.5%。DSC測試201次，雙方接收測試信息84條。

2.2 單邊帶測試結(jié)果分析

船舶接收天津海岸電臺發(fā)射信號的具體情況見表1。船舶的信號接收情況直觀反映了天津海岸電臺北極通信的發(fā)射保障能力。從船舶的信號接收情況來看，本次測試的三個頻率的通信成功率差別較大，8 M成功接收76次，12 M成功接收112次，16 M成功接收31次。

表1 船舶接收信號統(tǒng)計表

雖然單個頻率的通信成功率并不高，但通過各頻點的相互補充，船臺仍可以實現(xiàn)較好的信號接收。在不同的時間和位置可通的頻段不同，但在絕大部分航程，船舶可以通過單邊帶無線電話與天津海岸電臺進行通信聯(lián)系或接收到岸臺發(fā)射。其中，船方單向聽到岸臺的情況非常常見，整個過程中船岸雙方共進行測試155次，其中船臺在至少一個或一個以上頻率接收信號在2級及以上的數(shù)量為115次，約占全部測試次數(shù)的船端接收成功率74.2%，其余40次測試在全部三個測試頻率均無接收或接收信號等級為1級，不能進行有效通信。

2.3 DSC測試結(jié)果分析

在北極航行過程中，船岸共開展DSC通信測試201次，兩個頻率共發(fā)送測試信息402條。其中，船方接收測試信息32條，岸臺接收測試信息43條，雙方成功建立雙向通信9次。

表2 DSC通信統(tǒng)計表

從測試數(shù)據(jù)可以看出，岸臺接收兩個頻道的測試信息數(shù)量沒有明顯差別，但船臺在12 M接收岸臺測試信息數(shù)量明顯多于16 M。

2.4 時間和通信頻率分析

根據(jù)短波通信原理，白天電離層電子密度較大，能夠反射較高頻率的無線電波，使用較高頻率的通信效果較好；夜間電離層電子密度較小，高頻無線電波會穿透電離層，因此宜用較低的工作頻率。本次測試中，不同通信頻率的通信效果隨時間變化明顯。圖1展示了本次測試不同時間段船舶各頻率接收情況的變化情況。

由圖1可知，12 M通信效果隨時間的變化幅度較小，通信成功次數(shù)比較穩(wěn)定，通信成功次數(shù)也最多。8 M夜間表現(xiàn)優(yōu)于白天，下午16：00至次日8：00的通信效果較好。16 M則8：00至16：00的通信效果較好，可與8 M互補實現(xiàn)較高的通信成功率。

圖1 不同時段的通信情況

3 北斗通信測試情況分析[4]

測試期間24小時不間斷記錄相關(guān)數(shù)據(jù)包括：測試時間、北斗定位、GPS定位和船臺和岸臺的通信情況。進行150次北斗短報文通信測試，實時收星156次。通過測試結(jié)果分析，北斗系統(tǒng)基本可以實現(xiàn)對北極東北航道區(qū)域的覆蓋，服務(wù)覆蓋范圍為50°E以東，75°N以南區(qū)域，整個北極航線過程中，北斗定位星數(shù)為4-10顆之間，GPS定位星數(shù)為10-14顆之間。分析認為隨著北斗三號組網(wǎng)成功，北斗系統(tǒng)為北極航道船舶提供高質(zhì)量定位、大通量數(shù)據(jù)通信服務(wù)將成為可能。

4 衛(wèi)星通信測試情況分析[4]

根據(jù)測試結(jié)果看，海事衛(wèi)星電話在北極東北航道的通信盲區(qū)主要在北地群島經(jīng)喀拉海過新地島北側(cè)進入巴倫支海的75°N以北區(qū)域，驗證了海事衛(wèi)星組織官方公布的75°N的基本保障99%的通信率的說法。

與海事衛(wèi)星電話相比，銥星衛(wèi)星電話能夠全面覆蓋北極東北航道，但通話音色失真和延遲較嚴(yán)重，通話效果不及海事衛(wèi)星電話。75°以北其信號強度下降不明顯。

數(shù)據(jù)寬帶通信方面，VSAT已成為船舶聯(lián)網(wǎng)的主要手段，與海事衛(wèi)星電話相同，Inmarsat提供的VSAT服務(wù)在北極東北航道的盲區(qū)主要是75°N以北的區(qū)域。

5 北極東北航道通信保障方式及建議

5.1 無線電通信保障方式

綜合考慮地理位置、通信基礎(chǔ)設(shè)施、電磁環(huán)境等因素，可在黑龍江、新疆增北極短波雙向通信電臺。電臺采取兩址式工作格局，收信臺建設(shè)短波定向接收天線，配置基于IP傳輸?shù)母哳l接收機。發(fā)信臺建設(shè)短波定向發(fā)射天線，配置基于IP傳輸?shù)母哳l接收機，建設(shè)通信業(yè)務(wù)用房及配套設(shè)施。黑龍江、新疆與天津海岸電臺之間租用數(shù)字專線進行數(shù)據(jù)傳輸。搭建專用短波通信系統(tǒng)，采用“多頻互補、多址接收”的北極專用通信模式，實現(xiàn)通信電臺設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和通信頻率和臺站的信號強度自動識別、切換，以及相關(guān)通信管理工作。系統(tǒng)采用一主一備配置，頻率設(shè)置采用天津海岸電臺現(xiàn)有單邊帶通信電路和GMDSS規(guī)定的高頻DSC通信頻點，工作時間為24小時[1]，[2]。

5.2 北斗系統(tǒng)通信方式應(yīng)用

持續(xù)組織開展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)水上應(yīng)用功能研究，開展北斗三號系統(tǒng)導(dǎo)助航 和通信能力驗證，推動北斗安全信息播發(fā)和遇險報警系統(tǒng)示范應(yīng)用，積累使用數(shù)據(jù)，加快北斗 搜救應(yīng)用，推進北斗系統(tǒng)加入GMDSS進程。

5.3 加強衛(wèi)星通信新技術(shù)的應(yīng)用

相對于岸基通信系統(tǒng)，衛(wèi)星通信近年來新技術(shù)發(fā)展較快，并出現(xiàn)業(yè)務(wù)平臺化、網(wǎng)絡(luò)寬帶化、標(biāo)準(zhǔn)全球化、終端易用化等特點，海事應(yīng)當(dāng)加強衛(wèi)星通信技術(shù)研究和應(yīng)用，建立我國自主可控的滿足智能航運需要的海上寬帶數(shù)字通信系統(tǒng)。未來海上安全通信要向數(shù)字化業(yè)務(wù)發(fā)展，其發(fā)展方向是依托GMDSS現(xiàn)代化進程，形成海上新的以數(shù)字通信技術(shù)為主的海上 通信體系，不僅能夠提供海上安全通信業(yè)務(wù)，同時也能滿足數(shù)字化通信的各種業(yè)務(wù)需求，其業(yè)務(wù)范圍大大超出了傳統(tǒng)的海上安全通信需要，支撐海上信息化的各個業(yè)務(wù)需求。

5.4 加強北極國際合作

充分發(fā)揮IMO、ITU成員國、北極理事會正式觀察國的優(yōu)勢，推動國際組織完善北極事務(wù)協(xié)調(diào)機制；積極參與國際框架下北極航行規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)制定修訂，推動修訂相關(guān)國際公約；從優(yōu)化HF臺站布局、加強短波通信對北極東北航道保障能力等方面向國際組織提出議案[2-3]。

5.5 建立并持續(xù)更新北極通信資料庫

主動開展北極通信資料的搜集、整理及驗證工作，建立我國北極通信資料庫，為我國極地航行船舶提供重要參考資料。

6 結(jié)束語

本文分析了北極東北航道實船通信測試結(jié)果，對各種通信方式發(fā)展趨勢下的北極航道通信能力、覆蓋區(qū)域進行了分析，提出了未來對北極航道通信保障方式進行改進和發(fā)展方向。