浅谈卫星新闻采集车系统设计理念与实践

吴榕顺

（福建省广播影视集团，福建 福州 350001）

责任编辑:任健男

1 引言

2009年，福建广电集团根据电视新闻连线报道和体育赛事、综艺节目现场直播信号传送的工作需要，同时建造了3部卫星车。

卫星车整车系统包含车体改装、卫星天线、天线系统控制、上行编码调制、上变频、高功放、下行接收及监测、摄像机微波、车内视音频及摄录设备、通话系统以及电源、空调等部分。系统要求配置2讯道摄像系统，随工作需要可扩展到3～4个讯道；涉及系统信号通道的设备（除天线以外）采用主备配置，满足电视直播要求；在今后相当一段时间内具有先进性和可扩展性；技术指标达到广播级甲级标准，适应现在电视新闻连线报道、体育赛事、综艺节目的直播传送和录制要求。

2 车体选型

卫星车车体的选型主要可以归结为这样几种类型。一是大型化，在4讯道以上转播车的基础上增加卫星上行的功能，具有代表性的车体为奔驰Vario 815D。通常也有一些根据空间需求专门量身打造的车厢体。其次是中型化，具有3～4讯道的一般转播车功能，加上卫星上行设备，具有代表性的车体为奔驰SPRINTER凌特416CDI和515CDI、南京IEVECO商用车、福特全顺商用车等中巴车体。再者是小型化，只有简单的1～2讯道的简易视音频制作系统和卫星上行功能，具有代表性的车体有丰田的陆地巡洋舰、福特E－350等吉普类的越野车。

车体的选购主要是根据使用要求和采购定位来做抉择，然后再参照所选择的车体是否满足使用的要求，通常有这么几个关键点:

1）车体空间

车体的几何空间大小是否满足使用要求，对讯道多、工位要求多的车体空间要求自然就大。工作环境的舒适度，对设备系统的操作和维修的便利性也是衡量车体选型的一个因素。

2）车体承载重量

卫星车体载重量的设计与普通的客车和货车有所不同，卫星车的机架、设备一旦安装上去就基本上不会再卸下来，车体底盘长期处于受压状态。如果按照车体本身出厂的载重量额定值进行设计，久而久之，车体承重的减震系统容易变形和损坏。因此，在设计车体载重量时必须留有一定的余量[1－2]。

3）车体配重

车体的配重也是车体设计的一个重要环节。车体改造需要安装机架和设备等配套设施。其中较重的部件有机架、视音频设备、电源隔离变压器、空调、卫星天线、电缆盘、储物箱等。有些设备安装的位置基本没有太多的选择余地。如卫星天线必须安装在车顶；机架的安装位置也必须满足人体工程学的要求，让工作人员有一个舒适的工作场所和环境；经常需要操作的设备要尽量安装在易于操控的地方。在必须定位的设备和机架安置到位后，再综合考虑系统的连接布线等因素确定其他设备的安装地点。总的原则是:车体的左右、前后配重必须平衡，车体的重心要平衡并尽量降低，要符合原有车体出厂时安全行驶的设计要求。

4）车辆动力

卫星车的工作地点千变万化，并且要应对各种自然灾害，处置突发事件过程中迅速到达、靠前采集报道、快速传送的需要，车体的动力必须强劲，并具备一定的越野能力。

福建省广播影视集团于2004年建造过2台卫星车。一台车配备4讯道及完善的后置视音频处理系统，应对多机位拍摄的节目或现场制作的需要，既是一部卫星车，更是一部转播车，因此选用了奔驰厢式货车中厢体容积最大的Vario 815D车型。另一台车作为互补，需要小型化、灵活机动，应对突发新闻和日常节目传送，选用了越野型性能较好的丰田的陆地巡洋舰4500。车内除与大车一样装备全备份卫星传送系统之外，还就新闻采访的特点装备了2讯道视音频处理设备，具有简单编辑和切换功能。

此次同时建造了3部卫星车，在车体的选择上依然特别重视根据日后使用模式提出的功能要求:从卫星系统全备份；2讯道摄像机位；带视音频现场制作及切换系统；市电、UPS、取力发电机多模式电力保障；带隔离变压器；完善的通话系统；2个以上工位；电动电缆盘；摄像机储藏柜、工具柜；兼顾车辆越野性能；在承载重量要求超过1.5 T的前提下，车体尽量小型化。根据以上要求，最后确定选用福特E－350加重版厢式货车作为承载底盘。

车厢内部空间较大，货舱长2.9 m，宽可容纳安装3个20 RU高的19 in机架，车辆载重大于1.9 T，基本满足要求。经考证，该车发动机还可以搭载美国水牛牌取力发电机。

3 卫星天线系统分析

卫星天线系统是卫星车系统的重要组成部分。主要涉及使用天线的波段、天线控制系统、高功放。而卫星天线又往往与高功放功率密切相关。在同等条件下，较大口径的天线可以使用较小的高功放功率；较小的天线口径就要使用较大的高功放功率。

3.1 卫星车天线与高功放

在卫星电视通信频段中，主要有C波段和Ku波段。C波段和Ku波段的主要区别首先在于频段不同，降雨衰耗不一样[3]。降雨衰耗是无线电波在穿过雨区时所受到的衰减量。Ku波段卫星信号降雨衰耗远大于C波段。其次受卫星接收天线效率、卫星转发器接收G/T值（最大品质因数）和下行EIRP值（全向等效辐射功率）、地面接收环境微波同频干扰等因素的影响，使得实际应用中C波段卫星车的天线口径要比Ku波段卫星车大得多，系统体积也要大很多，但对高功放的发射功率设计要求则相差不大。这主要还是考虑到Ku波段受雨衰的影响，必须留有足够的发射功率余量来抵消降雨衰耗。通常C波段最大雨衰量一般不超过1 dB，而Ku波段瞬间降雨衰耗量可以高达20 dB，甚至30 dB。根据亚洲卫星公司对卫星新闻采集（Satellite News Gathering，SNG）的一般建议和入网要求，C波段SNG系统天线一般在1.5～2.4 m之间，Ku波段在0.9～1.8 m之间，而高功放则同样都在200～400 W之间。C波段利用降雨衰耗小的特性，通过较大的天线、较大的恒定功率弥补接收环境条件差等因素获得稳定可靠的信号传输。而Ku波段利用较好的接收条件等因素，使用有较大的功率储备的高功放，通过对高功放进行功率控制，克服或抵消在上行链路的降雨衰耗，使上行链路得到良好传输。由于Ku波段较小的天线使得系统体积较小，给移动运输带来方便，可以使用较小的承载车辆，使卫星车的机动灵活性大大提高。

亚洲四号卫星转发器C波段转发器和Ku波段FSS中国波束转发器在福州地区EIRP值和G/T值见表1。

表1 亚洲四号卫星转发器C波段转发器和Ku波段FSS中国波束转发器在福州地区EIRP值和G/T值

可以看出C波段和Ku波段的EIRP值和G/T值相差较大。以在福州地区使用亚洲四号卫星转发器的经验数据来看， 传输 8 Mbit/s，MPEG－2/DVB－S，FEC=3/4 数字电视信号所需要的发射天线尺寸和高功放功率如表2所示。

表2 发射和接收天线的尺寸和高功放功率

由经验数据可见，使用C波段卫星车在晴天常态下恒定的发射功率需要300 W，而使用Ku波段卫星车，晴天所需高功放的功率只要5 W左右。如果也配上300 W的高功放，将有将近18 dB的降雨衰耗储备。因此在18 dB的降雨衰耗储备的情况下，使用Ku 1.5 m天线与使用C波段2.4 m天线在没有备余量情况下所需高功放功率基本相同。

前面所述Ku波段瞬间雨衰量可以高达20 dB，甚至30 dB。那么究竟留有多大的降雨衰耗储备才是合适的呢？由于降雨这一自然天气现象在发生时间和地域上具有不确定性，对降雨衰耗无法用量化精确计算。因此这里引入一个降雨可用度的概念。降雨可用度是平均年度降雨衰耗不高于雨衰储备值的统计时间，用百分数来表示。以福州地区为例，降雨可用度和雨衰储备值如表3所示。

表3 福州地区降雨可用度和雨衰储备值

通过对卫星链路估算结果分析和对卫星车的使用要求，需要在卫星上行链路中大于99.98%降雨可用度、对应需要预留15.30 dB的雨衰储备值。以亚洲四号卫星在福建地区使用的经验数据来看，选用1.5 m Ku波段卫星天线、400 W行波管高功率放大器，传输8 Mbit/s，MPEG-2/DVB-S，FEC=3/4数字电视信号，完全可以满足使用要求。

需要指出的是，通过选用一个合适的卫星，也可以对整个卫星车系统的可用性带来重大影响。如果使用高功率卫星，可降低对卫星车的天线口径和高功放功率输出的要求。选用定位经度合适的卫星，可以提高天线的仰角，减少卫星上行的雨区穿越斜距，从而可降低系统的降雨衰耗，进一步克服Ku波段受天气限制的影响。

卫星车天线是将电视信号送上卫星的唯一传输通道。卫星车天线机械系统的稳定性、自动控制系统的精度、电器性能、发射效率是影响卫星车系统性能和可靠性的主要因素。卫星车每次工作时，天线都要根据所处的地理位置、所选的卫星轨道位置通过天线控制器在俯仰、方位和极化角上完成一定的机械动作，使其准确对准所需的卫星。工作结束时，天线又要复原到原始收藏状态，便于移动运输。长年累月，如此不断反复，要求天线要有高稳定性的机械结构，要有高精度的自动控制系统。

天线控制系统除了具有自动控制功能以外还应配备手动的功能，以防自动控制系统出现故障的时候可以使用手动进行操作。由于天线通常装在车顶上，天线的重量和天线的垂直高度直接会影响卫星车整车的重心高度，同时是否流线型的设计也会影响卫星车行驶时的风阻。

3.2 寻星方式

卫星车天线在使用中最关键的问题是如何通过天线控制器来快速完成俯仰、方位和极化角等一系列机械控制动作，快速准确地找到所要使用的卫星。为了使天线准确地找到所需要使用的卫星，必然要在卫星车天线与卫星之间建立一种空间的对接关系，这需要提供三组参数:使用卫星的定位经度，卫星车所在位置的经纬度，卫星车天线复原时的初始位置。卫星车天线复原时的初始位置参数包含与地球磁北极的夹角和与地球水平面的倾斜角[4-5]。理论上天线控制器有了这三组数据，就可以通过与天线控制器出厂时的原始固化初始值的相对变化进行计算，得出天线指向所选卫星的方位、俯仰和线极化角度。但在实际操作中由于受复杂电磁环境影响，电磁罗盘测量卫星车天线与地球磁北极的夹角的数据往往是不准确的。数据的误差使得天线控制器计算出的结果也不准确，因而往往无法准确找到所要使用的卫星。实践中，通常采用以下几种方式解决。

1）卫星信标接收方式

卫星运营公司为了让用户能够准确寻找到所要使用的卫星，在每颗卫星的不同的极化上都下行发射某一特定频率、固定幅度的信标信号作为本颗卫星的身份识别信号。将特定信标信号参数输入到卫星信标接收机，卫星车天线在自动寻星过程中，卫星信标接收机只要接收到特定的卫星信标信号，信标接收机的自动增益控制（AGC）电压输出就会产生变化，天线控制器的伺服系统根据这一电压变化改变天线的方位角和俯仰角获得最大的信标信号接收幅度，从而对准了所要使用的卫星。

2）DVB信号接收方式

DVB接收方式与卫星信标接收机方式的基本原理是一样的，都是通过直接接收所用卫星已知的信号，不同的是卫星信标接收机接收的参照信号是信标信号，而DVB接收机接收的是已知的DVB载波信号。但现实中并不是所有的卫星都有已知的DVB载波信号可供接收，尤其是对临时使用的未知陌生卫星。因此需要引入一个参考星的概念，即选择一颗有已知DVB载波参数的卫星作为参考星，通过DVB载波方式寻找到这颗参考星后，再把所要使用的卫星与参考星的定位经度差作为寻星定位修正参数，通过天线控制器驱动天线的方位角和俯仰角的修正值找到所要使用的卫星。这种方式的局限性是卫星车的停放位置一定要同时能与参考星和所要使用的卫星是无遮挡通透的空间。

3）卫星下行全频段信号接收方式

卫星下行频谱接收方式的基本原理是在天线控制器内设一卫星射频信号检测装置，通过接收卫星下行的全频段信号强弱作为参考依据。卫星天线对准卫星时，接收到的卫星全频段信号最强，反之减弱。但由此带来的问题是当卫星天线对准相邻卫星时，接收到的卫星全频段信号也最强，使得找到的卫星并不是所要使用的卫星。因此这种寻星方式需要配合卫星频谱分析仪来加以判别和确认。

以上三种寻星方式各有利弊，不同的厂商有不同的设计理念和使用场合。在实践中选择了使用全频段接收信号作为自动寻星的参考依据，同时配合卫星频谱分析仪加以判别和确认。

4 系统方案

4.1 卫星上行系统

卫星上行系统的组成部分包括编码调制器、室外型400 W行波管放大器、1.5 m Ku卫星车卫星天线系统和天线控制器、数字卫星接收机、频谱分析仪等。考虑到系统的安全性，编码调制器和行波管放大器主备配置，同时配备相应的室内型高功放控制器及备份切换部件。系统框图如图1所示。

所有外来信号和视频切换台、调音台输出的视音频信号都接入视音频跳线盘，经过视音频跳线盘引入编码调制器进行 MPEG-2编码和加扰、QPSK调制，2台编码调制器输出的L波段中频信号经切换控制器选择一路L波段信号，通过2功分器分别送到2台内置上变频器（BUC）的行波管放大器。上变频器将调制器输出的L波段信号与固定本振频率12800 MHz合成上变频到Ku波段信号。Ku波段信号的上行频率为调制器输出频率与上变频器本振频率之和，Ku波段的信号经行波管放大器再进行放大输出高功率射频信号，由波导开关选择一路经天线发向卫星，完成上行步骤。

天线接收的下行信号首先经低噪声下变频单元（LNB）变为L波段信号，此时L波段信号的频率为卫星下行频率减去低噪声下变频单元本身固定本振频率11300 MHz。L波段信号经4功分器分配接至L波段跳线盘，分别送至天线控制器用于天线自动寻星时下行全频段信号强弱检测，送至频谱分析仪用于监看接收卫星信号频谱，送至卫星接收机用于视音频自发自收监测。

为方便L波段信号的灵活调度，配备了L波段跳线盘。卫星接收机和频谱分析仪输入信号的入口、编码调制器和LNB输出信号分别接入L波段跳线盘，使得在不动用卫星天线和高功放的前提下，只要通过调度L波段跳线，可以利用卫星接收机和频谱分析仪完成系统内部信号环测。这在排除系统设备故障中十分有用。

4.2 视频系统

视频系统摄像机讯道配置为1+1摄像机讯道，即1个电缆有线讯道和1个便携微波无线讯道。选用2台P2便携式ENG摄像机，既可以通过有线和无线传输方式将信号送入卫星车内，由数字切换台完成制作，又可以通过摄录方式将素材直接保存在P2记录介质上，通过P2编辑录像机编辑后播放。2台摄像机均选配机头麦克风，直接拾取音频信号，加嵌后与视频SDI同步传送。录像机迅道采用DVCPRO50录像机和PII卡编辑录像机。

为了增强系统的灵活性和可扩展性，通过车侧板上的I/O接口增加外来信号，可将一路模拟复合视频信号和一路SDI数字视频信号以及两路模拟音频信号同时接入系统中。由此，整个卫星车最大讯道容量可扩充为6路，能充分满足基本的新闻采集、外景拍摄等应用。

视频信号处理的核心是数字切换台。6路信号分别经过分配、音频解嵌或模数转换等不同方式处理送入数字切换台。切换台的4路输出通道用途分别为多画面监视、PGM信号输出、波形监看、上跳线盘。

4.3 音频系统

音频系统的核心是ALESIS的12路机柜式模拟调音台。音频信号源分别来自2部摄像机、2部录像机和经I/O接口外来的音频信号。调音台有2对模拟音频输出，MAIN OUT和MON OUT。MAIN OUT直接接入到音频分配器上，通过分配给到卫星编码调制器、录像机、加嵌器及外接口上。MON OUT通过配备的WOHLER视音频多功能监视器可以对各个声道进行监听。

4.4 监视与周边系统

对于视频信号的监视，首先采用多联监视器对讯源进行监视；其次在信号处理的末级通过数字切换台自带的多画面分割器在一台液晶监视器上显示所有讯源信号、PVM及PGM信号；再次通过WOHLER视音频多功能监视器，用于监看卫星链路上行前及接收后的图像，以便实时对上星视频源及接收返送的视频信号进行检测。另外，在切换台末级配备1台数字波形示波器，用于监看切换台输出信号的波形、矢量等指标。以上4个部分构成了卫星车的监视系统。

视音频周边设备如音频嵌入器、解嵌器、视音分等采用机箱插卡式设备，它们混装在1个2 RU的机箱内，该机箱采用双电源模式，并支持板卡的热插拔。同时留有冗余插槽的扩展空间。

4.5 通话系统

通话系统虽与系统视音频通道技术指标无关，但在导播与摄像和主持人之间通信联络却十分重要。这里的通话需求主要可以分为卫星车导播与摄像和主持人之间的通话、电视台本部导播与卫星车导播和现场主持人等之间的通话。因此通话系统选择2通道通话主站。A通道通过两线转四线接口与40 W无线对讲基站连接，基站配有4部对讲机，每台对讲机均配有1只头戴式耳机和1只耳塞式耳机，实现导播与现场主持人、摄像的通话。B通道通过通用系统接口单元与电话耦合器和电话机相联。将SIM卡插入到电话耦合器，可以随时将外来的电话接入通话系统；也可以通过车内电话机向外拨打其他移动电话和固定电话，实现卫星车导播与电视台本部的通话。整个通话系统通过2通道通话主站的控制按钮，可以实现对讲机与外来电话及主站之间的通话。

5 车体改造

车体改造如图2和图3所示，单位为mm。

在福特E-350后车厢内用一排 （3组）20 RU 19 in机柜将车厢分成操作和检修两个工作区。机柜中部安装木制操作台面，放置切换台和编辑机。工作区中央安装3个皮质座椅，座椅靠背可依行驶和工作两种模式前后翻转提高乘坐舒适性。座椅下面是木制储物箱。检修区安装摄像机储藏箱，可同时存放2台摄像机，直流充电机和隔离变压器安放在电动电缆盘旁边。车底配备四点电动支撑系统可自动调平稳定车身。车侧、车后门加装电动雨搭。车顶平台上安装卫星车卫星通信天线、摄像机微波接收天线及其自动倒伏机构、GPS时钟接收天线、MOTO内部通话主站和GSM通信天线，以及超薄式车顶空调。

机柜内除安装卫星上行系统及视音频系统设备外，还在接近车侧门处安装6 RU配电盘。车内交流供电电源由市电、发电机及UPS构成。由于卫星车时常处于一种不确定的供电环境中，因而采用市电、发电机供电，蓄电池接续的供电方式。在市电条件具备的情况下，尽量采用市电供电。市电不具备时采用取力发电机供电。车头内安装的7.5 kW取力发电机使用原车发动机动力发电，因为发电机控制系统与福特E-350车电脑控制系统兼容，所以本车的取力发电系统可实时以依据用电负载情况自动调整发动机怠速。7.5 kW的发电量可实现全系统持续供电并具备为UPS蓄电池充电的能力，确保卫星车长时间野外独立工作用电安全。机柜底部安装可维持除空调外的整车系统工作1 h的UPS蓄电池，从而确保在极端条件下的短时间应急接续。车头内安装的7.5 kW取力发电机使用原车发动机动力发电，因为发电机控制系统与美系车电脑控制系统兼容，所以本车的取力发电系统可实时以依据用电负载情况自动调整发动机怠速，发电量可实现全系统持续供电并具备为UPS蓄电池充电的能力，确保卫星车长时间野外独立工作用电安全。

6 小结

福建广电集团此次建造3部卫星新闻采集车，使卫星车总量达到5部。在历经前期调研、可行性评估、方案论证、方案制定、系统集成等过程，该项目在2009年顺利通过验收。经过一年多的使用验证，整车系统性能稳定，安全可靠，技术指标都达到了设计目标。在多次的防抗台风、暴雨水灾等自然灾害和处置突发事件的新闻连线直播报道中发挥着反应快速、机动性强、操作方便、简洁高效的优势，在重大活动、体育赛事、综艺节目的电视直播传送中体现出高质量、稳定、安全可靠的特点，使本集团的新闻宣传报道再上一个新台阶。

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[3]魏飞.Ku波段卫星车的两个技术问题[J].现代电视技术，2007（1）:113-115.

[4]贾国庆，马文渊.甘肃广电总台DSNG卫星车系统构成及应用实例[J].电视技术，2009，33（9）:85-86.

[5]顾卫东，崔永鑫，顾云.数字卫星转播车系统设计[J].世界广播电视，2005（6）:76-79.