車載移動(dòng)通信在防汛現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮中的應(yīng)用

馬廣亮，黃喜良

（河南省防汛通信總站，450008，鄭州）

一、車載移動(dòng)通信平臺(tái)架構(gòu)

車載移動(dòng)通信中心是指建立在車載基礎(chǔ)上、可機(jī)動(dòng)部署、裝備多種通信系統(tǒng)、使用多種通信手段的信息集合體，包括無線接入子系統(tǒng)、移動(dòng)衛(wèi)星通信子系統(tǒng)、短波通信子系統(tǒng)、超短波集群子系統(tǒng)，以及便攜式衛(wèi)星終端、應(yīng)急指揮車等。目的是在災(zāi)害發(fā)生后通信中斷時(shí)，利用事先建立的、快速響應(yīng)的、各種殘存的通信資源建立起有效的通信聯(lián)絡(luò)，保證災(zāi)害區(qū)域范圍內(nèi)各種信息不間斷地上傳下達(dá)的通信體制；指揮人員以機(jī)動(dòng)部署在災(zāi)區(qū)的車載通信集群系統(tǒng)為平臺(tái)，設(shè)立臨時(shí)指揮部，將災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的情況實(shí)時(shí)地向上級(jí)報(bào)告，并接收上級(jí)指令，組織現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)救災(zāi)。車載移動(dòng)通信系統(tǒng)作為新興的應(yīng)急通信模式，已在許多部門的應(yīng)急實(shí)踐中進(jìn)行了有益的嘗試，開發(fā)潛力巨大。

構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮中心綜合信息平臺(tái)，需要配置多元化的通信系統(tǒng)，保障在各種不利因素發(fā)生后，拉得出、反應(yīng)快、連得通。

1.無線接入子系統(tǒng)

無線接入子系統(tǒng)通過車載的無線接入基站將洪災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的視頻、數(shù)據(jù)、語音信息實(shí)時(shí)上傳下達(dá)至省防汛指揮會(huì)商中心、當(dāng)?shù)卦O(shè)立的固定指揮中心，并能與公網(wǎng)對(duì)接，同時(shí)與布設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)的另一部移動(dòng)通信中心實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。其核心技術(shù)是通過無線介質(zhì)將用戶終端與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接起來,以實(shí)現(xiàn)用戶與網(wǎng)絡(luò)間信息傳遞。大多是建立SCDMA移動(dòng)基站，采用智能天線、軟件無線電，以及SWAP+空中接口協(xié)議等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)碼分多址無線電通信協(xié)議，與無線公網(wǎng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)音頻、視頻、數(shù)據(jù)傳輸。SCDMA寬帶無線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以方便地安裝在應(yīng)急通信車上，隨時(shí)快速部署和快速開展語音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在指揮中心與現(xiàn)場(chǎng)人員之間建立無線通信鏈路。SCDMA寬帶無線網(wǎng)絡(luò)支持移動(dòng)終端、非視距傳輸，應(yīng)急通信車開赴到指定位置后可以快速實(shí)現(xiàn)SCDMA無線信號(hào)的覆蓋，在覆蓋范圍內(nèi)快速實(shí)現(xiàn)語音和視頻業(yè)務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)人員可以隨時(shí)與指揮車內(nèi)和上級(jí)指揮中心保持聯(lián)絡(luò)，并且可以將現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息及時(shí)傳回車內(nèi)或者上級(jí)指揮中心，這樣指揮中心的人員可以隨時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，以便作出正確的決策。

2.衛(wèi)星通信子系統(tǒng)

衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電信號(hào)，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。由于衛(wèi)星通信具有抗毀性、機(jī)動(dòng)性、覆蓋面廣等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)將衛(wèi)星地球站設(shè)備以及各種信息采集處理設(shè)備集成安裝在車輛上，并具有獨(dú)立的電源系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)。能在移動(dòng)環(huán)境下與指揮部建立雙向語言通信聯(lián)絡(luò)，具有有線、無線、圖像、傳真、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)匯接功能，能快速建立現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信指揮中心。工作頻段采用Ku波段，點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，頻分多址（FDMA）通信體制，圖像、語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理，圖像信息速率64Kbps～2 048Kbps，圖像編碼方式 MPEG4，調(diào)制方式QPSK,傳輸質(zhì)量Eb/No=7.1dB,R=1/2,BER 小于等于 1×10-7。

3.短波通信子系統(tǒng)

無線電短波主要以天波方式傳播，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)性大、系統(tǒng)建設(shè)快、易操作等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)通過建立車載短波基站，通過柯頓NGTVR型電臺(tái)進(jìn)行緊急選呼，并利用多信道、智能化監(jiān)控、自由調(diào)諧接收、輕松交談和呼叫裝置將洪災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的語音信息實(shí)時(shí)上傳下達(dá)至省防汛指揮會(huì)商中心，與布設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)的另一部移動(dòng)通信中心、當(dāng)?shù)氐墓潭ǘ苏竞蜋C(jī)動(dòng)短波自適應(yīng)電臺(tái)之間，實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)及靜態(tài)圖像的互聯(lián)互通。

柯頓NGTVR型電臺(tái)采用微處理控制技術(shù)，外形尺寸210mm×270 mm×65 mm，重量3.3 kg，發(fā)射頻率范圍1.6MHz～30MHz， 接 收 250KHz～30MHz，15個(gè)信道容量，單邊帶工作方式，125W發(fā)射功率，額定12V負(fù)端接地電源電壓，環(huán)境適應(yīng)溫度-30℃～60℃。

4.超短波集群子系統(tǒng)

30MHz～300MHz波段的超短波，波長(zhǎng)短、頻帶寬,只需要配備很小的通信設(shè)備，即可短距離通信，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信方式。本系統(tǒng)通過建立的車載超短波基站，配備摩托羅拉GMB188型車載對(duì)講機(jī)，構(gòu)建臨時(shí)集群網(wǎng)絡(luò)，能夠較好地覆蓋應(yīng)急搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)10 km以內(nèi)區(qū)域，實(shí)時(shí)地與災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)不同地點(diǎn)布設(shè)的多部超短波對(duì)講機(jī)終端建立視距通信聯(lián)絡(luò)。

二、車載移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)分析

1.衛(wèi)星通信的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由空間段的通信衛(wèi)星、地面段的衛(wèi)星地球站（包含車載移動(dòng)地球站）、衛(wèi)星跟蹤遙測(cè)指令系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)組成，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要分為星型、網(wǎng)格型和混合型。在星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，外圍各邊遠(yuǎn)站可與中心站直接發(fā)生聯(lián)系，各邊遠(yuǎn)站之間不能通過衛(wèi)星直接和相互通信時(shí)，經(jīng)中心站轉(zhuǎn)接才能建立聯(lián)系雙跳工作；網(wǎng)格型網(wǎng)絡(luò)中的各站；彼此經(jīng)衛(wèi)星直接溝通；混合型網(wǎng)絡(luò)兼顧了網(wǎng)格型和星型網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。

2.衛(wèi)星通信線路及工作過程

衛(wèi)星通信線路由發(fā)端地球站、上行線路、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、下行線路和收端地球站所組成，由用戶電話信號(hào)在地球站A的終端設(shè)備內(nèi)經(jīng)復(fù)用后輸出多路基帶信號(hào)，然后對(duì)中頻進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)發(fā)射機(jī)變頻為微波信號(hào)、功率放大器放大至足夠的功率臺(tái)，經(jīng)雙工器送至天線對(duì)空發(fā)射。電磁波經(jīng)上行線路的大氣層和自由空間衰減，并引入一定噪聲或干擾，由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器天線接收。微弱信號(hào)經(jīng)雙工器、低噪聲放大器放大后，再與本振信號(hào)進(jìn)行下變頻，然后再調(diào)制，將上行頻率信號(hào)變?yōu)橄滦蓄l率信號(hào)，經(jīng)放大后通過共用天線發(fā)回地面。經(jīng)自由空間和大氣層的衰減，被B地球站接收。由于信號(hào)很弱，信噪比很低，地球站的接收機(jī)應(yīng)采用低噪聲、高增益放大器放大，信號(hào)由下頻變?yōu)橹蓄l，經(jīng)解調(diào)恢復(fù)成基帶信號(hào)，電話線路傳至用戶終端。

3.車載衛(wèi)星通信關(guān)鍵技術(shù)

車載移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅要科學(xué)選擇衛(wèi)星通信的工作頻段、信號(hào)傳輸方式、信號(hào)交換方式，因地制宜地選擇衛(wèi)星通信系統(tǒng)種類，而且還必須處理好車載衛(wèi)星通信系統(tǒng)的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

（1）“靜中通”車載天線的快速捕獲技術(shù)

“靜中通”車載站到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)時(shí)，需要系統(tǒng)的快速開通，一般要求在5 min內(nèi)完成天線的捕星工作。當(dāng)車輛處于多種方向、不同坡度放置時(shí)，天線需要快速地獲取車輛的位置、航向角、縱傾角和橫傾角等數(shù)據(jù)，然后計(jì)算出目標(biāo)指向，快速驅(qū)動(dòng)天線指向衛(wèi)星。由于受到車輛周圍環(huán)境的影響，往往造成天線預(yù)捕指向的偏差和取值精度的波動(dòng)，直接影響到捕獲時(shí)間，所以必須安裝電子羅盤、適時(shí)修正采制數(shù)據(jù)以提高工作精度和效率。

（2）“動(dòng)中通”天線技術(shù)

由于車載站安裝空間有限，尤其是高度和方向受到很大限制，常規(guī)的圓口徑天線已不能滿足裝車和裝機(jī)的要求，而只能采用矩形口徑或橢圓口徑天線，以降低天線高度。如何充分運(yùn)用天線口面使天線的增益最高，成為天線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。目前有關(guān)部門研究的橢圓波束變焦距環(huán)焦天線，利用主輻面焦距的變化，實(shí)現(xiàn)主面由通常的圓口徑變成橢圓形的口徑，從而形成橢圓波束。

（3）“動(dòng)中通”天線伺服跟蹤技術(shù)

在“動(dòng)中通”衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，載體具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性。因?yàn)樾羞M(jìn)路線不斷改變，車體不斷抖動(dòng)、車資和車體方位不斷改變，造成天線方位角快速變化，產(chǎn)生車體的橫傾和縱搖，影響天線波束指向偏離，引起天線極化面的旋轉(zhuǎn)，造成極化損耗，以及不同極化信號(hào)的相互干擾等，需要設(shè)計(jì)優(yōu)良的伺服控制跟蹤方案?！皠?dòng)中通”車載站天線伺服跟蹤常選用陀螺穩(wěn)定加單脈沖自跟蹤體制。其基本原理是利用差模電場(chǎng)方向圖在天線軸向?yàn)榱阒刀谄S角度上又有極性的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)自跟蹤的高精度體制。

三、需要兼顧解決的幾個(gè)問題

充分利用3G技術(shù)形成的高速數(shù)據(jù)傳輸、無線網(wǎng)絡(luò)接入方案，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)通信手段與成熟的現(xiàn)代通信手段有機(jī)結(jié)合，把現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)通信中心打造成為安全可靠的防汛應(yīng)急傳輸平臺(tái)。同時(shí)也需要兼顧解決好幾個(gè)問題：

①在雷雨季節(jié)，特別是在野外使用時(shí)，車體、人員和內(nèi)裝電子設(shè)備的避雷非常重要，應(yīng)采取有效的避雷措施；

②電磁屏蔽性能是通信車輛的一個(gè)重要指標(biāo)，綜合考慮電磁輻射干擾、傳導(dǎo)和天線耦合干擾等多種因素，盡量做到天線之間、設(shè)備之間的空間隔離度最大，選擇電磁屏蔽性好的電纜，避免交直流交叉及各線平行和距離過短等現(xiàn)象；

③天線是移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要部件，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮不同設(shè)備的天線結(jié)構(gòu)、重量，使用頻段、天線高度等；

④電源系統(tǒng)是車載通信系統(tǒng)發(fā)揮功能的基本保障，其基本配置包括外接交流電源，發(fā)電機(jī)組、UPS不間斷電源三種供電方式。

[1]水利系統(tǒng)無線電技術(shù)管理規(guī)范.SL305—2004[S].

[2]通信局站防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范.YD5098—2005[S].

[3]李文峰，等.現(xiàn)代應(yīng)急通信技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.