车载移动通信在防汛现场应急指挥中的应用

2010-02-13马广亮黄喜良

中国水利 2010年8期

马广亮，黄喜良

（河南省防汛通信总站，450008，郑州）

一、车载移动通信平台架构

车载移动通信中心是指建立在车载基础上、可机动部署、装备多种通信系统、使用多种通信手段的信息集合体，包括无线接入子系统、移动卫星通信子系统、短波通信子系统、超短波集群子系统，以及便携式卫星终端、应急指挥车等。目的是在灾害发生后通信中断时，利用事先建立的、快速响应的、各种残存的通信资源建立起有效的通信联络，保证灾害区域范围内各种信息不间断地上传下达的通信体制；指挥人员以机动部署在灾区的车载通信集群系统为平台，设立临时指挥部，将灾害现场的情况实时地向上级报告，并接收上级指令，组织现场抢险救灾。车载移动通信系统作为新兴的应急通信模式，已在许多部门的应急实践中进行了有益的尝试，开发潜力巨大。

构建现场应急指挥中心综合信息平台，需要配置多元化的通信系统，保障在各种不利因素发生后，拉得出、反应快、连得通。

1.无线接入子系统

无线接入子系统通过车载的无线接入基站将洪灾现场的视频、数据、语音信息实时上传下达至省防汛指挥会商中心、当地设立的固定指挥中心，并能与公网对接，同时与布设在现场的另一部移动通信中心实现互联互通。其核心技术是通过无线介质将用户终端与网络节点连接起来,以实现用户与网络间信息传递。大多是建立SCDMA移动基站，采用智能天线、软件无线电，以及SWAP+空中接口协议等先进技术，实现码分多址无线电通信协议，与无线公网对接，实现音频、视频、数据传输。SCDMA宽带无线系统结构简单，可以方便地安装在应急通信车上，随时快速部署和快速开展语音数据业务，在指挥中心与现场人员之间建立无线通信链路。SCDMA宽带无线网络支持移动终端、非视距传输，应急通信车开赴到指定位置后可以快速实现SCDMA无线信号的覆盖，在覆盖范围内快速实现语音和视频业务。现场人员可以随时与指挥车内和上级指挥中心保持联络，并且可以将现场的图像信息及时传回车内或者上级指挥中心，这样指挥中心的人员可以随时了解现场的具体情况，以便作出正确的决策。

2.卫星通信子系统

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号，在两个或多个地球站之间进行的通信。由于卫星通信具有抗毁性、机动性、覆盖面广等优点，系统将卫星地球站设备以及各种信息采集处理设备集成安装在车辆上，并具有独立的电源系统和反馈系统。能在移动环境下与指挥部建立双向语言通信联络，具有有线、无线、图像、传真、数据业务汇接功能，能快速建立现场应急通信指挥中心。工作频段采用Ku波段，点到点网络拓扑结构，频分多址（FDMA）通信体制，图像、语音、数据业务处理，图像信息速率64Kbps～2 048Kbps，图像编码方式 MPEG4，调制方式QPSK,传输质量Eb/No=7.1dB,R=1/2,BER 小于等于 1×10-7。

3.短波通信子系统

无线电短波主要以天波方式传播，具有设备简单、机动性大、系统建设快、易操作等优点，本系统通过建立车载短波基站，通过柯顿NGTVR型电台进行紧急选呼，并利用多信道、智能化监控、自由调谐接收、轻松交谈和呼叫装置将洪灾现场的语音信息实时上传下达至省防汛指挥会商中心，与布设在现场的另一部移动通信中心、当地的固定端站和机动短波自适应电台之间，实现语音、数据及静态图像的互联互通。

柯顿NGTVR型电台采用微处理控制技术，外形尺寸210mm×270 mm×65 mm，重量3.3 kg，发射频率范围1.6MHz～30MHz，接收 250KHz～30MHz，15个信道容量，单边带工作方式，125W发射功率，额定12V负端接地电源电压，环境适应温度-30℃～60℃。

4.超短波集群子系统

30MHz～300MHz波段的超短波，波长短、频带宽,只需要配备很小的通信设备，即可短距离通信，广泛应用于移动通信方式。本系统通过建立的车载超短波基站，配备摩托罗拉GMB188型车载对讲机，构建临时集群网络，能够较好地覆盖应急抢险现场10 km以内区域，实时地与灾害现场不同地点布设的多部超短波对讲机终端建立视距通信联络。

二、车载移动卫星通信系统技术分析

1.卫星通信的网络构成

卫星通信系统主要由空间段的通信卫星、地面段的卫星地球站（包含车载移动地球站）、卫星跟踪遥测指令系统和监测管理系统组成，网络结构主要分为星型、网格型和混合型。在星型网络结构中，外围各边远站可与中心站直接发生联系，各边远站之间不能通过卫星直接和相互通信时，经中心站转接才能建立联系双跳工作；网格型网络中的各站；彼此经卫星直接沟通；混合型网络兼顾了网格型和星型网络的特点。

2.卫星通信线路及工作过程

卫星通信线路由发端地球站、上行线路、卫星转发器、下行线路和收端地球站所组成，由用户电话信号在地球站A的终端设备内经复用后输出多路基带信号，然后对中频进行调制，经发射机变频为微波信号、功率放大器放大至足够的功率台，经双工器送至天线对空发射。电磁波经上行线路的大气层和自由空间衰减，并引入一定噪声或干扰，由卫星转发器天线接收。微弱信号经双工器、低噪声放大器放大后，再与本振信号进行下变频，然后再调制，将上行频率信号变为下行频率信号，经放大后通过共用天线发回地面。经自由空间和大气层的衰减，被B地球站接收。由于信号很弱，信噪比很低，地球站的接收机应采用低噪声、高增益放大器放大，信号由下频变为中频，经解调恢复成基带信号，电话线路传至用户终端。

3.车载卫星通信关键技术

车载移动卫星通信系统设计不仅要科学选择卫星通信的工作频段、信号传输方式、信号交换方式，因地制宜地选择卫星通信系统种类，而且还必须处理好车载卫星通信系统的几项关键技术。

（1）“静中通”车载天线的快速捕获技术

“静中通”车载站到达预定地点时，需要系统的快速开通，一般要求在5 min内完成天线的捕星工作。当车辆处于多种方向、不同坡度放置时，天线需要快速地获取车辆的位置、航向角、纵倾角和横倾角等数据，然后计算出目标指向，快速驱动天线指向卫星。由于受到车辆周围环境的影响，往往造成天线预捕指向的偏差和取值精度的波动，直接影响到捕获时间，所以必须安装电子罗盘、适时修正采制数据以提高工作精度和效率。

（2）“动中通”天线技术

由于车载站安装空间有限，尤其是高度和方向受到很大限制，常规的圆口径天线已不能满足装车和装机的要求，而只能采用矩形口径或椭圆口径天线，以降低天线高度。如何充分运用天线口面使天线的增益最高，成为天线设计的关键技术。目前有关部门研究的椭圆波束变焦距环焦天线，利用主辐面焦距的变化，实现主面由通常的圆口径变成椭圆形的口径，从而形成椭圆波束。

（3）“动中通”天线伺服跟踪技术

在“动中通”卫星通信系统中，载体具有很强的机动性。因为行进路线不断改变，车体不断抖动、车资和车体方位不断改变，造成天线方位角快速变化，产生车体的横倾和纵摇，影响天线波束指向偏离，引起天线极化面的旋转，造成极化损耗，以及不同极化信号的相互干扰等，需要设计优良的伺服控制跟踪方案。“动中通”车载站天线伺服跟踪常选用陀螺稳定加单脉冲自跟踪体制。其基本原理是利用差模电场方向图在天线轴向为零值而在偏轴角度上又有极性的特点来实现自跟踪的高精度体制。