車載移動通信在防汛現場應急指揮中的應用

馬廣亮，黃喜良

（河南省防汛通信總站，450008，鄭州）

一、車載移動通信平臺架構

車載移動通信中心是指建立在車載基礎上、可機動部署、裝備多種通信系統、使用多種通信手段的信息集合體，包括無線接入子系統、移動衛星通信子系統、短波通信子系統、超短波集群子系統，以及便攜式衛星終端、應急指揮車等。目的是在災害發生后通信中斷時，利用事先建立的、快速響應的、各種殘存的通信資源建立起有效的通信聯絡，保證災害區域范圍內各種信息不間斷地上傳下達的通信體制；指揮人員以機動部署在災區的車載通信集群系統為平臺，設立臨時指揮部，將災害現場的情況實時地向上級報告，并接收上級指令，組織現場搶險救災。車載移動通信系統作為新興的應急通信模式，已在許多部門的應急實踐中進行了有益的嘗試，開發潛力巨大。

構建現場應急指揮中心綜合信息平臺，需要配置多元化的通信系統，保障在各種不利因素發生后，拉得出、反應快、連得通。

1.無線接入子系統

無線接入子系統通過車載的無線接入基站將洪災現場的視頻、數據、語音信息實時上傳下達至省防汛指揮會商中心、當地設立的固定指揮中心，并能與公網對接，同時與布設在現場的另一部移動通信中心實現互聯互通。其核心技術是通過無線介質將用戶終端與網絡節點連接起來,以實現用戶與網絡間信息傳遞。大多是建立SCDMA移動基站，采用智能天線、軟件無線電，以及SWAP+空中接口協議等先進技術，實現碼分多址無線電通信協議，與無線公網對接，實現音頻、視頻、數據傳輸。SCDMA寬帶無線系統結構簡單，可以方便地安裝在應急通信車上，隨時快速部署和快速開展語音數據業務，在指揮中心與現場人員之間建立無線通信鏈路。SCDMA寬帶無線網絡支持移動終端、非視距傳輸，應急通信車開赴到指定位置后可以快速實現SCDMA無線信號的覆蓋，在覆蓋范圍內快速實現語音和視頻業務。現場人員可以隨時與指揮車內和上級指揮中心保持聯絡，并且可以將現場的圖像信息及時傳回車內或者上級指揮中心，這樣指揮中心的人員可以隨時了解現場的具體情況，以便作出正確的決策。

2.衛星通信子系統

衛星通信是指利用人造地球衛星作為中繼站轉發或反射無線電信號，在兩個或多個地球站之間進行的通信。由于衛星通信具有抗毀性、機動性、覆蓋面廣等優點，系統將衛星地球站設備以及各種信息采集處理設備集成安裝在車輛上，并具有獨立的電源系統和反饋系統。能在移動環境下與指揮部建立雙向語言通信聯絡，具有有線、無線、圖像、傳真、數據業務匯接功能，能快速建立現場應急通信指揮中心。工作頻段采用Ku波段，點到點網絡拓撲結構，頻分多址（FDMA）通信體制，圖像、語音、數據業務處理，圖像信息速率64Kbps～2 048Kbps，圖像編碼方式 MPEG4，調制方式QPSK,傳輸質量Eb/No=7.1dB,R=1/2,BER 小于等于 1×10-7。

3.短波通信子系統

無線電短波主要以天波方式傳播，具有設備簡單、機動性大、系統建設快、易操作等優點，本系統通過建立車載短波基站，通過柯頓NGTVR型電臺進行緊急選呼，并利用多信道、智能化監控、自由調諧接收、輕松交談和呼叫裝置將洪災現場的語音信息實時上傳下達至省防汛指揮會商中心，與布設在現場的另一部移動通信中心、當地的固定端站和機動短波自適應電臺之間，實現語音、數據及靜態圖像的互聯互通。

柯頓NGTVR型電臺采用微處理控制技術，外形尺寸210mm×270 mm×65 mm，重量3.3 kg，發射頻率范圍1.6MHz～30MHz， 接 收 250KHz～30MHz，15個信道容量，單邊帶工作方式，125W發射功率，額定12V負端接地電源電壓，環境適應溫度-30℃～60℃。

4.超短波集群子系統

30MHz～300MHz波段的超短波，波長短、頻帶寬,只需要配備很小的通信設備，即可短距離通信，廣泛應用于移動通信方式。本系統通過建立的車載超短波基站，配備摩托羅拉GMB188型車載對講機，構建臨時集群網絡，能夠較好地覆蓋應急搶險現場10 km以內區域，實時地與災害現場不同地點布設的多部超短波對講機終端建立視距通信聯絡。

二、車載移動衛星通信系統技術分析

1.衛星通信的網絡構成

衛星通信系統主要由空間段的通信衛星、地面段的衛星地球站（包含車載移動地球站）、衛星跟蹤遙測指令系統和監測管理系統組成，網絡結構主要分為星型、網格型和混合型。在星型網絡結構中，外圍各邊遠站可與中心站直接發生聯系，各邊遠站之間不能通過衛星直接和相互通信時，經中心站轉接才能建立聯系雙跳工作；網格型網絡中的各站；彼此經衛星直接溝通；混合型網絡兼顧了網格型和星型網絡的特點。

2.衛星通信線路及工作過程

衛星通信線路由發端地球站、上行線路、衛星轉發器、下行線路和收端地球站所組成，由用戶電話信號在地球站A的終端設備內經復用后輸出多路基帶信號，然后對中頻進行調制，經發射機變頻為微波信號、功率放大器放大至足夠的功率臺，經雙工器送至天線對空發射。電磁波經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，由衛星轉發器天線接收。微弱信號經雙工器、低噪聲放大器放大后，再與本振信號進行下變頻，然后再調制，將上行頻率信號變為下行頻率信號，經放大后通過共用天線發回地面。經自由空間和大氣層的衰減，被B地球站接收。由于信號很弱，信噪比很低，地球站的接收機應采用低噪聲、高增益放大器放大，信號由下頻變為中頻，經解調恢復成基帶信號，電話線路傳至用戶終端。

3.車載衛星通信關鍵技術

車載移動衛星通信系統設計不僅要科學選擇衛星通信的工作頻段、信號傳輸方式、信號交換方式，因地制宜地選擇衛星通信系統種類，而且還必須處理好車載衛星通信系統的幾項關鍵技術。

（1）“靜中通”車載天線的快速捕獲技術

“靜中通”車載站到達預定地點時，需要系統的快速開通，一般要求在5 min內完成天線的捕星工作。當車輛處于多種方向、不同坡度放置時，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據，然后計算出目標指向，快速驅動天線指向衛星。由于受到車輛周圍環境的影響，往往造成天線預捕指向的偏差和取值精度的波動，直接影響到捕獲時間，所以必須安裝電子羅盤、適時修正采制數據以提高工作精度和效率。

（2）“動中通”天線技術

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，常規的圓口徑天線已不能滿足裝車和裝機的要求，而只能采用矩形口徑或橢圓口徑天線，以降低天線高度。如何充分運用天線口面使天線的增益最高，成為天線設計的關鍵技術。目前有關部門研究的橢圓波束變焦距環焦天線，利用主輻面焦距的變化，實現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）“動中通”天線伺服跟蹤技術

在“動中通”衛星通信系統中，載體具有很強的機動性。因為行進路線不斷改變，車體不斷抖動、車資和車體方位不斷改變，造成天線方位角快速變化，產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，造成極化損耗，以及不同極化信號的相互干擾等，需要設計優良的伺服控制跟蹤方案。“動中通”車載站天線伺服跟蹤常選用陀螺穩定加單脈沖自跟蹤體制。其基本原理是利用差模電場方向圖在天線軸向為零值而在偏軸角度上又有極性的特點來實現自跟蹤的高精度體制。

三、需要兼顧解決的幾個問題

充分利用3G技術形成的高速數據傳輸、無線網絡接入方案，實現傳統通信手段與成熟的現代通信手段有機結合，把現場移動通信中心打造成為安全可靠的防汛應急傳輸平臺。同時也需要兼顧解決好幾個問題：

①在雷雨季節，特別是在野外使用時，車體、人員和內裝電子設備的避雷非常重要，應采取有效的避雷措施；

②電磁屏蔽性能是通信車輛的一個重要指標，綜合考慮電磁輻射干擾、傳導和天線耦合干擾等多種因素，盡量做到天線之間、設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象；

③天線是移動通信系統的重要部件，設計時要充分考慮不同設備的天線結構、重量，使用頻段、天線高度等；

④電源系統是車載通信系統發揮功能的基本保障，其基本配置包括外接交流電源，發電機組、UPS不間斷電源三種供電方式。

[1]水利系統無線電技術管理規范.SL305—2004[S].

[2]通信局站防雷與接地工程設計規范.YD5098—2005[S].

[3]李文峰，等.現代應急通信技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007.