船載動中通衛星天線系統的應用

馬國霞 譚志良

摘要：本文介紹了船載動中通衛星通信天線系統在實船上的應用，希望為船舶行業設計者提供一定參考。

關鍵詞：船載動中通；衛星通信；系統簡介

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年衛星通信業務在我國首次應用并迅速發展，已經發展為我國當代遠距離通信的支柱，衛星通信作為地面傳輸網絡的補充，極大的增強了通信的應用范圍。船載動中通衛星天線通信系統是基于衛星通信技術設計和建設，即能實現語音、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、網絡組網靈活，也具有距離遠、覆蓋范圍廣、信道容量大、通信質量穩定等特點；特別為巡邏、執法、水上搜救突發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，對安全保衛等重大應急事件能提供可靠通信業務保障。

筆者結合在某50米巡邏船上使用的船載動中通衛星天線系統，該衛星天線系統具有指揮協調、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揮了極其重要的作用，現對船載動中通衛星天線通信系統進行簡介。

2船載動中通衛星通信拓撲結構圖

與傳統的衛星通信網絡相比較，船載動中通衛星天線系統拓撲結構由幾部分構成：衛星地面站、船載動中通衛星天線、衛星通信系統、調度指揮中心的通信專線或調度指揮中心遠端衛星接收站等(圖1所示)。

2.1衛星通信線路特點

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

衛星天線與通信衛星進行通信、衛星通信與衛星地面站進行通信、衛星地面站與調度指揮中心專線或通過與調度指揮中心遠端衛星站進行通信，從而實現船舶與調度指揮中心的信息網絡互聯，完成了船舶信息的全球程、全網的船舶安全監視與遇險可視化功能。

2.2衛星通信業務特點

船載動中通衛星通信是通過衛星來轉發信號，即可實現調度指揮中心站或遠端衛星接收站或其他類型衛星站之間可建立點對點、點對多點、網狀網絡衛星通信網絡拓撲結構和相應的空間載波配置，組成星狀網、網狀網等多種網絡結構。以某50米巡邏船為例，根據該巡邏船只需與調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1套船載動中通衛星通信站與調度指揮中心站系統配套，即可實現船載動中通衛星通信站與調度指揮中心站進行點對點通信，系統示意 如圖2所示。

3船載動中通衛星通信系統設計與建設

在建設船載動中通衛星通信系統時，應根據用戶使用需求、工程項目、系統穩定安全保密性、經濟性等方面考慮，并對系統組成的各個環節具體明確內容，進行計算和論證，還要預計未來業務發展需求，這樣才能達到預定的使用效果。通常，船載動中通衛星通信系統設計前期，設計人員應了解用戶需求是非常重要的，主要包括以下：

1）業務種類：語音、數據、話音、傳真、圖像、電視會議等。

2）網絡規模：需要建站數量；各站信道；業務量大小。

3）業務量：整個系統；各個站業務量情況。

4）業務性質：以突發數據為主還是以批數據為主。

5）網絡拓撲結構選擇：星狀網、混合網、網狀網。

6）工作頻段及資源：Ku頻段或C頻段、帶寬、功率。

7）網絡管理方式：分散管理或集中管理。

8）通信質量的要求：傳輸信號的質量、數字話音質量與話音編碼方式、數碼率、調制制度及輸誤碼率、可靠要求。

9）響應時間的要求：對數據業務應答所經歷的時間，話音業務傳輸時延。

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

11）保密通信要求：保密接口、網絡密鑰管理、抗干擾通信等要求。

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

13）電磁兼容量性要求。

14）總經費的投資：包括轉發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星天線系統進行全面設計，主要從以下幾個方面：

1）確定關鍵技術指標；包含網絡的響應時間或信道誤比特率要求、以及系統可用度等。

2）確定業務量模型；包含各種業務忙時呼叫持續時間、平均呼叫次數、速率等。

3）確定工作頻段：Ku頻段或C頻段。

4）確定網絡拓撲結構形式：網狀或星形或混合結構。

5）確定網內采用的通信協議、用戶設備到衛星通信協議接口。

6）確定組網形式：采用專用網或共用網(共用網投資少)。

7）確定交換機的處理能力。

8）確定主站和衛星站配置的信道數。

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、外信道數及速率：取決網絡業務量、分配方式、信道多址、與地面設備的接口速率、方式等。

11）確定擬租用的衛星G/T和EIRP值。

12）確定主站的天線口徑，功放。

13）在建設站的同時用戶應與有關衛星經營公司聯系，避免不能入網造成不必要的損失。

4船載動中通衛星天線系統應用

船載動中通衛星站與遠端調度指揮中心間實時雙向語音、圖像、數據傳輸、視頻會議等，將船載動中通衛星通信應用系統與調度指揮中心站建立系統緊密結合，即通過衛星通信系統將調度指揮中心應用延伸到海域上去，形成一個完整的調度指揮通信系統。

以某50米巡邏船為例，選配的船載動中通衛星天線通信系統設備是國內一家公司的Ku波段DTTXRX(DT-Z8)船載動中通衛星天線產品(圖3所示)，船載動中通衛星天線系統主要有兩組件構成：

1）甲板上設備-主要包括：三軸穩定天線基架、天線面、機械驅動饋源、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）甲板下設備-主要包括：天線控制單元、衛星調制解調器和其他甲板下設備，將這些設備組裝為一個整體，一般布置在船室內。4.1 甲板上的設備(室外設備)

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

船載動中通衛星天線系統是實現船岸較重要的組件，需保證衛星鏈路穩定可靠、有效跟蹤衛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，保持與通信衛星的穩定通信。因此，船載動中通衛星天線的選擇，首先要考慮在復雜的海域環境下能否保持天線的自動跟蹤，保證衛星通信鏈路的暢通，其次是它的信道容量也就是衛星鏈路的帶寬，然后再考慮安裝、操作、維護保養情況。

4.2甲板下設備(室內設備)

為了確保整個衛星網絡傳輸系統的安全保密性，通常在選配復用解復用器與衛星調制器設備時增加保密裝置、保密干線接口，保密支線接口，選配設備應能升級、穩定、擴充方便、互聯網協議(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波段衛星通信的理想選擇。船載動中通衛星通信應用系統需與調度指揮中心已建的會議終端系統設備配套才能使用，通常視頻會議子系統是通過衛星鏈路實現與調度指揮中心的實時雙向視頻、伴音通信，用于召開視頻會議。視頻會議子系統與現場圖像監控子系統配合使用，組成一套船舶監控系統。下面以某50米巡邏船安裝的視頻監控系統的建設為例介紹如下：

4.2.1圖像監視系統

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視和硬盤錄像，當海上監視系統與船載動中通衛星天線控制柜視頻通信線連接，利用衛星IP通信鏈路通過該系統與調度指揮中心站高清晰大屏幕電視，隨時可以監視船上及附近海域一些現場情況。

4.2.2視頻會議系統

視頻監控系統作為水上監控系統的一部分，將船上實時圖像、數據、通過寬帶衛星傳到調度指揮中心去，該船在會議室設有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個網絡接口，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，該系統與調度指揮中心站設備配套起來，通過衛星IP鏈路，即能實現船上與調度指揮中心召開視頻會議；船上設的2部電話即可實現船上與調度指揮中心雙向話音通話；船上局域網與調度指揮中心互聯局域網即可實現船上INTERNET收發郵件以及資料查找。

4.2.2.1會議終端設備

為解決E1、IP衛星等多種傳輸網絡中的數據、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協議，支持廣泛的網絡協議，有雙路動態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衛星通信鏈路即能實現視頻會議、遠程衛星圖像傳輸系統、使其成為應急調度指揮監控系統的首選設備。

4.2.2.2會議室音響系統

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效果，會議室音響系統建議由專業音響公司設計，合理選擇會議音響功放、喇叭的數量以及船上具體安裝位置。

4.2.2.3會議室攝像頭系統

為解決會議室高質量拍攝效果、通常在會議室選配帶有云臺高速旋轉，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衛星電視系統

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一個衛星電視機頂盒，與該Ku波段DTTXRX(DT-Z8)船載動中通衛星天線配合起來，通過衛星即可收看多套衛星電視節目。

5結束語

隨著衛星通信的飛速發展和針對動中通衛星天線不同類型的產品，在建設或選擇船載動中通衛星天線系統時，設計人員應根據用戶需求、設備擴展能力、網絡控制能力、安全穩定可靠性、經濟性、設備的安裝、廠家的技術力量、售后服務等綜合要素去選擇。

船載動中通衛星天線系統對實現船舶在海上維權、執法、重大突發事件以及人命與財產的安全更能展示出應急領域信息化、自動化的重要性。

參考文獻

[1] 王麗娜, 王兵, 周賢偉, 黃旗明, 衛星通信系統, 國防工業出版社, 2009, 3

[2] 林華, 韓偉, 船載衛星通信系統-解決方案, 中國海事, 2010, 2

[3] 蘇一丹, 基于BGNA多媒體信息傳輸在船舶上的應用, 廣東造船, 2011, 4