船載動中通衛(wèi)星天線系統(tǒng)的應(yīng)用

馬國霞 譚志良

摘要：本文介紹了船載動中通衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)在實船上的應(yīng)用，希望為船舶行業(yè)設(shè)計者提供一定參考。

關(guān)鍵詞：船載動中通；衛(wèi)星通信；系統(tǒng)簡介

Application of Ship-Borne Satellite Communication System

MA GuoXia1, TAN ZhiLiang2

( 1.Guangzhou Marine Engineering Corporation,Guangzhou 510250;2.Guangzhou Shipyard International Company Limited,Guangzhou 510382 )

Abstract: This paper introduces the application of ship-borne satellite communication in real ships and offers reference for ship designers.

Key words: Ship-borne satellite communication;Satellite communication;Brief introduction

1概述

隨著1972年衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)在我國首次應(yīng)用并迅速發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展為我國當代遠距離通信的支柱，衛(wèi)星通信作為地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)的補充，極大的增強了通信的應(yīng)用范圍。船載動中通衛(wèi)星天線通信系統(tǒng)是基于衛(wèi)星通信技術(shù)設(shè)計和建設(shè)，即能實現(xiàn)語音、視頻會議、會議電話、圖像傳輸、Internet等功能，它具有天線終端安裝方便、網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活，也具有距離遠、覆蓋范圍廣、信道容量大、通信質(zhì)量穩(wěn)定等特點；特別為巡邏、執(zhí)法、水上搜救突發(fā)性事件的處置指揮平臺，提高海上工作效率，保障海上安全作業(yè)，對安全保衛(wèi)等重大應(yīng)急事件能提供可靠通信業(yè)務(wù)保障。

筆者結(jié)合在某50米巡邏船上使用的船載動中通衛(wèi)星天線系統(tǒng)，該衛(wèi)星天線系統(tǒng)具有指揮協(xié)調(diào)、能有效地保障船舶在海上的通信能力、提供船舶在海上管理水平、特別在緊急通信情況下發(fā)揮了極其重要的作用，現(xiàn)對船載動中通衛(wèi)星天線通信系統(tǒng)進行簡介。

2船載動中通衛(wèi)星通信拓撲結(jié)構(gòu)圖

與傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)相比較，船載動中通衛(wèi)星天線系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)由幾部分構(gòu)成：衛(wèi)星地面站、船載動中通衛(wèi)星天線、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、調(diào)度指揮中心的通信專線或調(diào)度指揮中心遠端衛(wèi)星接收站等(圖1所示)。

2.1衛(wèi)星通信線路特點

從船載動中通衛(wèi)星天線通信拓撲圖看，衛(wèi)星通信是由二條傳輸方向相反的單向信道構(gòu)成的雙工通信線路組成，衛(wèi)星通信作為空中的一個大中繼站，用來接收系統(tǒng)中所有地面站發(fā)來的信號再傳給地面站。衛(wèi)星通信線路包括無線電波到基帶信號在內(nèi)的整條線路，即由發(fā)送端地面站(調(diào)度指揮中心衛(wèi)星地面站)、上行線路(從調(diào)度指揮中心衛(wèi)星天線地面站到衛(wèi)星)、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、下行線路(從衛(wèi)星到調(diào)度指揮中心衛(wèi)星地面站)和接收端地面站(船載動中通衛(wèi)星天線)所組成的整個線路。

衛(wèi)星天線與通信衛(wèi)星進行通信、衛(wèi)星通信與衛(wèi)星地面站進行通信、衛(wèi)星地面站與調(diào)度指揮中心專線或通過與調(diào)度指揮中心遠端衛(wèi)星站進行通信，從而實現(xiàn)船舶與調(diào)度指揮中心的信息網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，完成了船舶信息的全球程、全網(wǎng)的船舶安全監(jiān)視與遇險可視化功能。

2.2衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)特點

船載動中通衛(wèi)星通信是通過衛(wèi)星來轉(zhuǎn)發(fā)信號，即可實現(xiàn)調(diào)度指揮中心站或遠端衛(wèi)星接收站或其他類型衛(wèi)星站之間可建立點對點、點對多點、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的空間載波配置，組成星狀網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。以某50米巡邏船為例，根據(jù)該巡邏船只需與調(diào)度指揮中心站間進行通信，即實時召開視頻會議、傳真等特點需求，因此，只需建設(shè)1套船載動中通衛(wèi)星通信站與調(diào)度指揮中心站系統(tǒng)配套，即可實現(xiàn)船載動中通衛(wèi)星通信站與調(diào)度指揮中心站進行點對點通信，系統(tǒng)示意 如圖2所示。

3船載動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計與建設(shè)

在建設(shè)船載動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)用戶使用需求、工程項目、系統(tǒng)穩(wěn)定安全保密性、經(jīng)濟性等方面考慮，并對系統(tǒng)組成的各個環(huán)節(jié)具體明確內(nèi)容，進行計算和論證，還要預計未來業(yè)務(wù)發(fā)展需求，這樣才能達到預定的使用效果。通常，船載動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計前期，設(shè)計人員應(yīng)了解用戶需求是非常重要的，主要包括以下：

1）業(yè)務(wù)種類：語音、數(shù)據(jù)、話音、傳真、圖像、電視會議等。

2）網(wǎng)絡(luò)規(guī)模：需要建站數(shù)量；各站信道；業(yè)務(wù)量大小。

3）業(yè)務(wù)量：整個系統(tǒng)；各個站業(yè)務(wù)量情況。

4）業(yè)務(wù)性質(zhì)：以突發(fā)數(shù)據(jù)為主還是以批數(shù)據(jù)為主。

5）網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)選擇：星狀網(wǎng)、混合網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)。

6）工作頻段及資源：Ku頻段或C頻段、帶寬、功率。

7）網(wǎng)絡(luò)管理方式：分散管理或集中管理。

8）通信質(zhì)量的要求：傳輸信號的質(zhì)量、數(shù)字話音質(zhì)量與話音編碼方式、數(shù)碼率、調(diào)制制度及輸誤碼率、可靠要求。

9）響應(yīng)時間的要求：對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)答所經(jīng)歷的時間，話音業(yè)務(wù)傳輸時延。

10）用戶接口需求：選用模擬或數(shù)字信號、接口標準(含物理特性、機械特性、電氣特性)、接口速率、通信協(xié)議等。

11）保密通信要求：保密接口、網(wǎng)絡(luò)密鑰管理、抗干擾通信等要求。

12）天線口徑、發(fā)射功率要求：天線口徑和發(fā)射功率由于受限制，建站前需得到主管部門同意。

13）電磁兼容量性要求。

14）總經(jīng)費的投資：包括轉(zhuǎn)發(fā)器租金和維護費用等。

確定上述要求后，然后對船載動中通衛(wèi)星天線系統(tǒng)進行全面設(shè)計，主要從以下幾個方面：

1）確定關(guān)鍵技術(shù)指標；包含網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時間或信道誤比特率要求、以及系統(tǒng)可用度等。

2）確定業(yè)務(wù)量模型；包含各種業(yè)務(wù)忙時呼叫持續(xù)時間、平均呼叫次數(shù)、速率等。

3）確定工作頻段：Ku頻段或C頻段。

4）確定網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)形式：網(wǎng)狀或星形或混合結(jié)構(gòu)。

5）確定網(wǎng)內(nèi)采用的通信協(xié)議、用戶設(shè)備到衛(wèi)星通信協(xié)議接口。

6）確定組網(wǎng)形式：采用專用網(wǎng)或共用網(wǎng)(共用網(wǎng)投資少)。

7）確定交換機的處理能力。

8）確定主站和衛(wèi)星站配置的信道數(shù)。

9）確定信道分配制度、多地址方式：采用頻分多址或單載波單路或預分配或按需分配。

10）確定內(nèi)、外信道數(shù)及速率：取決網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量、分配方式、信道多址、與地面設(shè)備的接口速率、方式等。

11）確定擬租用的衛(wèi)星G/T和EIRP值。

12）確定主站的天線口徑，功放。

13）在建設(shè)站的同時用戶應(yīng)與有關(guān)衛(wèi)星經(jīng)營公司聯(lián)系，避免不能入網(wǎng)造成不必要的損失。

4船載動中通衛(wèi)星天線系統(tǒng)應(yīng)用

船載動中通衛(wèi)星站與遠端調(diào)度指揮中心間實時雙向語音、圖像、數(shù)據(jù)傳輸、視頻會議等，將船載動中通衛(wèi)星通信應(yīng)用系統(tǒng)與調(diào)度指揮中心站建立系統(tǒng)緊密結(jié)合，即通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)將調(diào)度指揮中心應(yīng)用延伸到海域上去，形成一個完整的調(diào)度指揮通信系統(tǒng)。

以某50米巡邏船為例，選配的船載動中通衛(wèi)星天線通信系統(tǒng)設(shè)備是國內(nèi)一家公司的Ku波段DTTXRX(DT-Z8)船載動中通衛(wèi)星天線產(chǎn)品(圖3所示)，船載動中通衛(wèi)星天線系統(tǒng)主要有兩組件構(gòu)成：

1）甲板上設(shè)備-主要包括：三軸穩(wěn)定天線基架、天線面、機械驅(qū)動饋源、Ku波段射頻線纜、Ku波段BUC、GPS天線、天線罩，通常把所有必要的功能集成到天線罩里組成一個整體。

2）甲板下設(shè)備-主要包括：天線控制單元、衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器和其他甲板下設(shè)備，將這些設(shè)備組裝為一個整體，一般布置在船室內(nèi)。4.1 甲板上的設(shè)備(室外設(shè)備)

船載動中通衛(wèi)星天線(室外天線)與調(diào)度指揮中心站4.5 m口徑天線系統(tǒng)配套使用，即能實現(xiàn)上、下行傳輸速率不低于2 Mbps衛(wèi)星鏈路，能滿足中國沿海通信帶寬國內(nèi)較小尺寸船載動中通衛(wèi)星天線(總高1147 mm，總重量87 kg)，屬于較合理的衛(wèi)星通信鏈路配置。

船載動中通衛(wèi)星天線系統(tǒng)是實現(xiàn)船岸較重要的組件，需保證衛(wèi)星鏈路穩(wěn)定可靠、有效跟蹤衛(wèi)星信號方面需考慮船舶在海域復雜航行過程中的運動特點。比如：船舶的俯仰、橫滾及顛簸起伏等情況，保持與通信衛(wèi)星的穩(wěn)定通信。因此，船載動中通衛(wèi)星天線的選擇，首先要考慮在復雜的海域環(huán)境下能否保持天線的自動跟蹤，保證衛(wèi)星通信鏈路的暢通，其次是它的信道容量也就是衛(wèi)星鏈路的帶寬，然后再考慮安裝、操作、維護保養(yǎng)情況。

4.2甲板下設(shè)備(室內(nèi)設(shè)備)

為了確保整個衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的安全保密性，通常在選配復用解復用器與衛(wèi)星調(diào)制器設(shè)備時增加保密裝置、保密干線接口，保密支線接口，選配設(shè)備應(yīng)能升級、穩(wěn)定、擴充方便、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)終端；若在滿足低成本終端的需求，可配合L波段接口至低噪聲變頻器和上變頻模塊，是L波段衛(wèi)星通信的理想選擇。船載動中通衛(wèi)星通信應(yīng)用系統(tǒng)需與調(diào)度指揮中心已建的會議終端系統(tǒng)設(shè)備配套才能使用，通常視頻會議子系統(tǒng)是通過衛(wèi)星鏈路實現(xiàn)與調(diào)度指揮中心的實時雙向視頻、伴音通信，用于召開視頻會議。視頻會議子系統(tǒng)與現(xiàn)場圖像監(jiān)控子系統(tǒng)配合使用，組成一套船舶監(jiān)控系統(tǒng)。下面以某50米巡邏船安裝的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)為例介紹如下：

4.2.1圖像監(jiān)視系統(tǒng)

在艙外頂甲板前端安裝了室外日夜型攝像機1只，船尾后端左右安裝了攝像機各1只；艙外主甲板左右舷安裝了攝像機各1只；在機艙安裝了固定攝像機2只；可以對船上和附近海域進行全天候觀察、同時可對船舶離靠碼頭時的輔觀察、通過攝像頭可以對船舶進行監(jiān)視和硬盤錄像，當海上監(jiān)視系統(tǒng)與船載動中通衛(wèi)星天線控制柜視頻通信線連接，利用衛(wèi)星IP通信鏈路通過該系統(tǒng)與調(diào)度指揮中心站高清晰大屏幕電視，隨時可以監(jiān)視船上及附近海域一些現(xiàn)場情況。

4.2.2視頻會議系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為水上監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，將船上實時圖像、數(shù)據(jù)、通過寬帶衛(wèi)星傳到調(diào)度指揮中心去，該船在會議室設(shè)有1臺高清液晶60寸電視、2部電話、2個電話接口、1臺攝像機、2個網(wǎng)絡(luò)接口，1只功放音響、若干只喇叭、10個會議麥克風、1個無線麥克風，該系統(tǒng)與調(diào)度指揮中心站設(shè)備配套起來，通過衛(wèi)星IP鏈路，即能實現(xiàn)船上與調(diào)度指揮中心召開視頻會議；船上設(shè)的2部電話即可實現(xiàn)船上與調(diào)度指揮中心雙向話音通話；船上局域網(wǎng)與調(diào)度指揮中心互聯(lián)局域網(wǎng)即可實現(xiàn)船上INTERNET收發(fā)郵件以及資料查找。

4.2.2.1會議終端設(shè)備

為解決E1、IP衛(wèi)星等多種傳輸網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)、視頻等多種問題，該船選用的視頻會議終端FT1000(圖4所示)。該會議終端提供豐富的功能模塊選配，兼容H.320&H.323協(xié)議，支持廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，有雙路動態(tài)視頻一路高清圖像傳送功能，是一款高性能、高清晰的會議終端，利用IP衛(wèi)星通信鏈路即能實現(xiàn)視頻會議、遠程衛(wèi)星圖像傳輸系統(tǒng)、使其成為應(yīng)急調(diào)度指揮監(jiān)控系統(tǒng)的首選設(shè)備。

4.2.2.2會議室音響系統(tǒng)

在船上會議室安裝的音響功放、喇叭直接決定整個會議室音質(zhì)效果，會議室音響系統(tǒng)建議由專業(yè)音響公司設(shè)計，合理選擇會議音響功放、喇叭的數(shù)量以及船上具體安裝位置。

4.2.2.3會議室攝像頭系統(tǒng)

為解決會議室高質(zhì)量拍攝效果、通常在會議室選配帶有云臺高速旋轉(zhuǎn)，自動變倍、聚焦、方位、亮度，并能認識被攝物體，具有自動跟蹤和動態(tài)檢測功能攝像機，對面積較大的會議室可適當或配多只攝像機。

4.2.3衛(wèi)星電視系統(tǒng)

為在航行過程中豐富船員文化生活，在每臺電視機前加裝設(shè)一個衛(wèi)星電視機頂盒，與該Ku波段DTTXRX(DT-Z8)船載動中通衛(wèi)星天線配合起來，通過衛(wèi)星即可收看多套衛(wèi)星電視節(jié)目。

5結(jié)束語

隨著衛(wèi)星通信的飛速發(fā)展和針對動中通衛(wèi)星天線不同類型的產(chǎn)品，在建設(shè)或選擇船載動中通衛(wèi)星天線系統(tǒng)時，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)用戶需求、設(shè)備擴展能力、網(wǎng)絡(luò)控制能力、安全穩(wěn)定可靠性、經(jīng)濟性、設(shè)備的安裝、廠家的技術(shù)力量、售后服務(wù)等綜合要素去選擇。

船載動中通衛(wèi)星天線系統(tǒng)對實現(xiàn)船舶在海上維權(quán)、執(zhí)法、重大突發(fā)事件以及人命與財產(chǎn)的安全更能展示出應(yīng)急領(lǐng)域信息化、自動化的重要性。

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