卫星通信在应急通信中的应用及思考

段 斌

（云南省曲靖市消防救援支队，云南 曲靖 655000）

1 卫星通信的基本介绍

卫星通信是指利用人造卫星提供各点之间的信息通信链路，在全球电信系统中有着非常重要的意义。大约有2 000颗绕地球轨道运行的人造卫星同时接收全球一个或者多个地点的语音、视频以及数据信号。卫星通信系统通常由空间段（包含卫星和测控）和地面段（地球站）组成。空间段以卫星为主体，包括地面卫星控制中心（Satellite Control Center，SCC）及其跟踪、遥测和指令站（Telemetry、Track and CommandTT&C），地面段包含支持用户访问卫星转发器来实现用户间通信的所有地面设施。地球站是地面段的主体，提供用户与卫星的连接链路。除地球站外，还有陆地链路，即用户终端间及用户终端与地球站连接的地面设备。卫星通信线路是包括无线电波到基带信号在内的整个线路，由发端地球站、上行线路、卫星转发器、下行线路以及收端地球站所组成。卫星通信地球站有固定站（大、中、小型）、移动站（如船载、车载、机载）以及可搬移站（含背负式和便携式超小型流动站）等不同类型。单个卫星通信地球站一般由天线分系统、发射机分系统、接收机分系统、通信控制分系统、信道终端设备分系统以及电源分系统6大部分组成。在人们日常生活中常见的卫星通信设备有天通、海事以及依星等卫星电话[1-6]。卫星通信业务如图1所示。

图1 卫星通信业务示意图

2 卫星通信的特点

2.1 主要优点

卫星通信距离远，克服了地面微波中继所面临的地球曲面影响，一次中继距离可达40 000 km。服务范围广，包括卫星移动电话、卫星直播、卫星数字音频广播、互联网接入以及高速宽带多媒体接入等业务。通信质量好，不受地理条件限制，卫星通信中电磁波主要在大气层以外传播，而宇宙空间近似于真空状态，因而电波在其中传播时传输特性比较稳定。电离层外面的空间传播可认为自由空间传播，大气层中传播可在此基础上加以修正，因此常认为卫星信道传播为恒参信道。

卫星通信系统与地面通信基础设施相对独立，网络路由简洁，对于稀业务密度地区有重要意义。特别是在自然灾害发生时，承担应急通信的卫星通信系统通常采用车载宽带终端设备和背负式轻便携设备建立通信链路。在进行卫星系统建设时，具有时间短和受自然灾害影响小等优点。不管是在沙漠之地还是高寒地区都能够结合卫星系统的通信设备，快速、实时并准确地传递内部和外界的数据资料信息。在自然灾害等紧急情况发生时，可以调整卫星系统运营单位的宽带规划，从而实现对应急区域通信资源的调整保证。此外网络建设速度快且成本低，除建地面站外，无需地面施工，运行维护费用低。卫星通信系统是地面公用网的补充、扩展与备份，通信成本与通信距离无关。

2.2 主要缺点

一是发射和控制技术复杂。由于卫星系统中所有链路均是无线链路，而且卫星的位置还可能处于不断变化中，因此控制系统也较为复杂。控制方式有星间协商和地面集中控制两种。二是传播时延长。低轨道用户间单跳信号传播延迟一般小于10 ms，中轨道卫星一般小于50 ms，高轨道卫星一般为250 ms，用于话音业务时有非常明显的中断。三是受外太空影响大，存在日凌和星蚀现象。日凌情况下，卫星处于地球和太阳之间，并处于一条直线上时，地球站天线在对准卫星的同时也对准了太阳，太阳处于地球站天线的波束内。此时的太阳就像一个极大的噪声源完全淹没了卫星的信号，一般情况下最大中断时间约为10 min。日蚀情况下，地球的阴影将卫星遮挡，使得卫星上太阳能电池不能工作，卫星的工作能源必须由电池共给，导致功率不足[7]。

3 卫星通信在应急通信当中的应用

卫星通信系统由于具有三维无缝覆盖能力、独特灵活的普遍服务能力、覆盖区域的可移动能力、广域复杂网络构成能力、广域Internet交互连接能力、特有的广域广播与多播能力以及对应急救灾的快速灵活与安全可靠的支持能力等特点，因此已经成为实现全球通信不可或缺的手段之一。

3.1 应用于突发公共事件中

突发公共事件是指突然发生、造成或者可能造成严重社会危害，需要采取应急处置措施予以应对的自然灾害、事故灾难、公共卫生事件以及社会安全事件。这些事件对社会大众的财产和生命有时会带来灾难和毁灭，这种损害是刚性不可逆转的，一旦发生，就必须动员必要的力量和资源进行紧急救援，力争将损失减少到最低程度。当这类事件发生时，通常都会对当地的通信基础设施造成影响，常规的移动通信很可能会因为话务量集中、自然或人为坡坏等因素导致无法正常运行。但是作为一种独立有保障的通信手段，卫星通信能够将事件发生现场的情况以及场景及时准确地发送给应急管理部门，重要的处置决策等也可以及时准确地下达至前线救援力量，以此减少这一类社会事件的实际危害[8,9]。

3.2 应用于森林火灾扑救中

观察有关数据得到，我国平均每年都会发生上千起的森林火灾，仅2019年全国就发生森林火灾2 000余起，由此造成的人员伤亡和经济损失非常严重。大多数森林火灾发生地一般都远离城市或位于城市边缘地带，这些地区地理条件复杂，人迹罕见，公用网络通信基地设施薄弱，一旦发生森林火灾，容易导致火情信息传递不及时，错过扑救初期火灾的最佳时机，使小火变大火，造成人员伤亡和重大经济损失。此时，应用卫星通信技术补齐公用网络通信设施建设短板，就能够及时将火灾现场情况通过卫星通信中的视频、语音业务将火情适时快速地传递至后方灭火救援指挥部，从而为科学制定灭火救援方案、快速扑灭火灾以及降低人员伤亡和财产损失提供决策参考。目前，我国消防救援部门通过租用卫星信道已建立了以卫星地面站、卫星便携站、手持卫星电话、公网单兵图传、公网集群对讲以及无人机侦察系统等主要通信设备为主的消防救援应急通信保障体系，并在全国多次有影响的森林火灾扑救中得到了应用。消防救援应急通信拓扑图如图2所示。

图2 消防救援应急通信拓补图

3.3 应用于自然灾害救援行动中

在发生台风、地震以及洪涝等自然灾害时，公网通信基本瘫痪，为了能够快速启动应急预案措施，往往需要启用卫星通信系统及时传递灾情信息，为政府救灾行动提供科学的决策参考，从而达到快速组织救援力量，实施精准救援。在2018年8月山东寿光和2020年6月的广西阳朔地区，因连续强降雨，造成城区及周边乡镇大范围内涝，部分地区居民只能上到房顶避险，交通、电力以及公网全部中断，受灾最严重地区与外界失去联系达数天。当时的消防救援人员及时启用了卫星便携站、卫星电话以及无人机组合侦察措施，驾驶冲锋舟深入灾区，开展大范围灾情侦察并及时将第一手灾情资料上传至政府应急部门，为科学制定救灾措施、救援力量部署以及最大限度保护人民群众生命财产安全赢得了宝贵的“黄金”救援时间。

3.4 应用于边疆远洋应急通信中

对于远洋地区或者边疆偏远地区，受地理环境和建设成本控制的影响，一般的地面通信无法实现完全覆盖，且因气象环境复杂，对设备的可靠性和环境适应力要求高，导致地面通信设施的建设和运营维护成本较高，通过部署移动卫星通信系统或携带手持卫星终端就能够很好地解决此类场景应急使用问题。如攀登珠峰的直播，由于信号的强弱受海拔高度变化的影响，对于5000 m之上高度的珠峰来说，相对于高难度和高成本的永久性建设与维护公网，通过部署移动卫星通信资源就能够完全满足各类主流媒体在直播中对网络的使用需求。

3.5 应用于各项重大活动突发话务高峰中

随着我国综合国力的增强和国际地位的提高，在我国境内举办的国际性会议、会展、大型体育赛事以及各类节日节庆活动逐年增加，举办场次、参加人员及举办规模上屡创新高。伴随这类活动的举办，因人员大量聚集导致活动现场易出现突发性话务高峰，容易导致网络堵塞通信不畅。为节约部署成本满足突发性临时需求，经常在这类有大量人员集聚场所临时设置卫星通信应急通信车，安排多个卫星接入模块，为活动现场提供稳定安全的通信链路，保障活动的临时性应急需求。

4 应急通信体系的建立和发展现状

我国真正意义上的应急管理体系是在2003年的“非典”疫情之后开始建立。2007年11月1日出台的《中华人民共和国突发事件应对法》正式实行，其中的第33条明确指出，国家建立健全应急通信保障体系，完善公用通信网，建立有线与无线相结合、基础电信网络与机动通信系统相配套的应急通信系统，确保突发事件应对工作的通信畅通。这一法规的出台，为我国的应急通信体系建设指明了方向。我国应急通信体系建设经历了十几年的各项突发应急事件考验，应急通信保障的经验得到了不断的提升，应急通信体系也得到了进一步的增强，随之应急法规政策与预案体系也逐步健全。伴随着国内通信事业与电子政务的不断发展和进步，每一个地区基本建立了覆盖到市（县）乡（镇）级的通信与计算机网络，这也为应急通信系统的建设提供了良好的基础条件。各级政府和相关部门在进行信息化建设的过程当中，很多区域都规划或已建立起服务职能部门的应急指挥管理系统。在防御重大灾害与突发事件的过程当中发挥了关键作用，为全面建设落实国家应急平台建设打下了基础，与此同时也积累了很多的经验。但是，在现实的工作中，各个地方的应急平台建设发展依然不够平衡，应急功能设备还不够完善，信息资源与平台系统有待整合，资源开放与共享也有待提高[10]。

5 结 论

卫星通信在发生自然灾害或者其他重大突发事件的时候，其距离远、带宽宽、网络建设速度快、部署简单以及运维成本低等特点，决定了卫星通信在应急通信中的优势地位，在今后一段时期将是政府应急指挥中的重要保底手段。

将卫星通信运用到应急通信系统中，能够满足政府职能部门应对和处置各类突发公共事件时对信息通信的需求。在地面通信网络没有办法发挥作用的时候，可以利用卫星通信系统建立应急通信中心，促进应急状态下的信息通信技术更好的发挥作用，在未来的应急通信建设和发展中应当进一步深入研究卫星通信在应急通信保障中的效能，为应急救援提供全方位的通信网络支撑。