基于衛星通信的應急通信系統

胡萬瑩 朱吉勝

（武警工程大學 陜西 西安 710086）

1 應急通信概述

1.1 應急通信的定義

應急通信是指在出現自然或人為的突發性緊急情況時，綜合利用各種通信資源，保障救援、緊急救助和必要通信所需的通信手段和方法，實現通信的機制。應急通信并不是獨立存在的一種全新的新技術，而是各種通信技術、通信手段在緊急情況下的綜合運用，其核心就是緊急情況下的通信。應急通信不僅是單純的技術問題，還涉及管理方面。應急通信由于其不確定性，對通信網絡和設備提出了一些特殊要求，這些網絡和設備從技術方面提供了通信技術手段的保障。但在管理方面，還需要建立完善的應急通信管理體系，針對不同場景建立快速響應機制，協調調度最合適的通信資源，提供最及時有效的通信保障。

應急通信網（Emergency Communication Network,ECN）是指為應對突發性大型自然災害或公共事件而快速建立的臨時性通信網絡，為救災組織及人員保證通信暢通，最大限度地降低災難損失、維護社會安全和穩定。ECN主要用于遭受地震、臺風等重大自然災害以及發生突發事件或恐怖襲擊事件中[2]。

1.2 研究應急通信的目的及意義

中國是一個災難多發、頻發的國家，特別是自然災害時有發生，給國民經濟和人民生命財產造成了很大的損失。汶川地震、舟曲泥石流等，這些災難，既考驗了通信部門的應急響應能力，也考驗了通信網絡的應急通信保障能力。從這些經驗教訓中，我們逐步意識到只有在平時完善應急通信體系，達到應急通信保障的要求，才能在緊急關頭發揮它的作用，減少人民生命和財產的損失。

應急通信系統是為滿足各類緊急情況下的通信需求而產生的，而自然災害、衛生事件、尤其是社會事件等突發公共安全事件發生的地點和規模都無法提前預知和準備，各類緊急情況具有如下共同特點：需要應急通信的時間一般不確定，人們無法進行事先準備，如地震、海嘯、火災、臺風、泥石流等突發事件；需要應急通信的地點不確定；進行應急通信時，需要什么類型的網絡不確定[3]。

1.3 應急通信的發展趨勢及前景

近年來，恐怖襲擊事件時有發生，給相關國家公共安全造成了嚴重威脅，然而應急通信涵蓋的應用面相當廣泛，除了公眾安全、搶險救災之外，還有戰備通信等。在戰爭中，占領或摧毀敵方的通信設施是獲取勝利的重要環節這一，這也就從根本上決定了我國的應急通信要使用自己的應急通信技術。尤其是無線電應急通信技術，是應急通信的主體和核心，積極吸取國外先進的技術為我所用，并根據我國應急通信的實際情況，發展我國的應急通信技術。

2 衛星通信概述

2.1 基本概念及原理

衛星通信是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。地球站是指設在地球表面（包括地面、海洋和大氣中）的無線電通信站[1]。

衛星通信系統是由空間部分（通信衛星）和地面部分（通信地面站）兩大部分構成的。通信衛星實際上就是一個懸掛在空中的通信中繼站[2]。它居高臨下，視野開闊，只要在它的覆蓋照射區以內，不論距離遠近都可以通信，通過它轉發和反射電報、電視、廣播和數據等無線信號。靜止衛星與地球相對位置的示意圖如圖1-1所示。

圖1-1 靜止衛星配置的幾何關系

從衛星向地球引兩條切線，切線夾角為17.34°，兩切點間弧線距離為18101km，在這個衛星電波波束覆蓋區內的地球站均可通過該衛星來實現通信。若以120°的等間隔在靜止軌道上配置三顆衛星，則地球表面除了兩極未被衛星波束覆蓋外，其他區域均在覆蓋范圍內，而且其中部分區域為兩個靜止衛星波束的重疊地區，因此，借助于在重疊區內的地球的中繼，可以實現在不同衛星覆蓋區內地球站之間的通信[3]。由此可見，只要用三顆等間隔配置的靜止衛星就可以實現全球通信，這一特點是任何其他通信方式不具備的。

2.2 主要特點

衛星通信具有以下優點：通信距離遠，且費用與通信距離無關；覆蓋面積大，可進行多址通信；通信頻帶寬，傳輸容量大，適于多種業務傳輸；通信線路穩定可靠，通信質量高；通信電路靈活；機動性好；可以自發自收進行監測。

同時也存在如下缺點：通信具有廣播特性，較易被竊聽；通信時延較長；通信鏈路易受外部條件影響；存在日凌中斷和星蝕現象等[4]。

2.3 應急衛星通信網

衛星通信是地球站之間通過通信衛星轉發器所進行的微波通信。面對地震、臺風等自然災害，衛星通信發揮著無可替代的重要作用。其受自然條件的影響極小，衛星電話等通信手段可以作為搶險救災臨時通信的主要設備。在陸地等常規通信傳輸系統中斷或其他通信線纜未鋪設到之處，它能夠幫助人們實現信息傳遞。

我國幅員遼闊、經濟相對落后，若與發達國家交戰，恐怕難以掌握制電磁權與制空權。從這些實際情況出發，應急衛星通信網成為比較適合我國國情的應急通信系統。

在汶川地區發生的特大地震，地面通信設施遭到嚴重破壞，成為信息孤島，而衛星通信在這次的救災工作中發揮了重大作用。災區與外界的首次通信聯絡靠的是衛星電話，地面移動通信網的恢復靠的是衛星基站，現場采訪、直播報道靠的是通信衛星和移動轉播車，現場指揮靠的是衛星電話、應急通信車、背負式衛星通信小站，堰塞湖無人視頻監測、災區可視電話開通靠的是寬帶衛星數據采集終端。[5]針對應急通信的需求，應急衛星通信網采用VSAT衛星通信、海事衛星等遠程接入方式，結合集群通信、北斗衛星、視頻會議等多種業務接入手段，提高應急通信能力。

2.4 衛星通信技術在汶川地震中的應用

汶川地震嚴重破壞了地面公用電信網，造成大面積通信網絡的全面中斷，該區域內原有的有線、無線等各種通信聯絡方式都無效，災區的指揮調度和救援工作受到很大影響，在這種情況下，衛星通信在汶川地震救援工作中，發揮了巨大的作用。各種衛星通信車輛、VAST終端站、衛星手機等源源不斷地進入災區，為前線救災構建起了衛星通信網絡，實現災后通信“四個第一”：即利用衛星寬帶系統送出重災區映秀鎮的第一段視頻，利用海事衛星從震區打出第一個電話，利用衛星傳輸鏈路，開通震后的第一個移動基站，利用衛星應急通信指揮車和海事衛星電話，協助建立起第一個臨時應急通信指揮系統。[6]

在汶川地震中，海事衛星和北斗一號衛星通信系統得到了比較多的應用。國家抗震救災總指揮部、各級政府和相關救援部門使用各類海事衛星近438臺，同時，還有一些相關應急通信隊伍手中也擁有大量海事衛星終端。據估計，大約有2000部海事衛星設備為汶川地震救災現場提供服務。目前，海事衛星通信系統具有全球覆蓋、全天候、可移動、全方位、帶寬大等特點，主要業務種類有語音、數據、傳真、視頻傳輸等。地震發生后，中國交通通信中心與國際海事衛星組織緊急溝通，為中國震區爭取到了兩倍于之前的信道資源，保證了災區海事衛星設備和通信能力[7]。

除海事衛星和北斗一號衛星通信系統外，鑫諾、全球星、銥星、中星等衛星通信系統也在汶川地震中發揮了重要作用，可以毫不夸張地說，在汶川地震搶險救災工作中發揮巨大作用是我國絕大多數可以調用的、集中在災區的衛星通信設備。

這次抗震救災活動證明了，衛星通信具有地面網絡所不具備的備份性、廣泛覆蓋性和靈活性，不依賴地面通信條件，不受距離和地形的限制，不需要布設通信基站，在地面通信網絡遭受破壞時，或在沒有光纖、沒有無線通信條件下，衛星通信仍然可以進行語音、數據和視頻等通信服務，甚至在不具有電力條件的地方，也可保障應急通信的暢通。

3 結束語

汶川大地震提醒我們，應急通信有僅需要有序快速的通信指揮調度，更需要的是如何讓受災的人們在第一時迅速將受災的信息準確傳遞出去。本文以汶川地震為例，主要研究衛星通信在應急通信中發揮的巨大作用，為以后更好的建立科學、完善的應急通信系統起到了重要作用，具有一定實際意義。

［1］高淑婷，李文雅，姚國林.流星余跡通信的應急通信網絡研究[J].鄭州：河南農業職業學院，2009,2.

［2］張鵬，陳金鷹.突發自然災害與應急通信[J].成都：成都理工大學信息工程學院，2009,1.

［3］王海濤.應急通信網絡設計及其關鍵技術[J].南京：解放軍理工大學通信工程學院，2010,1.

［4］張雪麗，王睿.應急通信新技術與系統應用[M].機械工業出版社，2010,1.

［5］王海濤.應急通信的發展現狀和技術手段分析[J].解放軍理工大學通信工程學院，2010,11.

［6］王秉鈞，王少勇.衛星通信系統[M].機械工業出版社，2010,8.

［7］胡中豫.現代短波通信[M].國防工業出版社，2003,10.