基于國產化系統的通信應急網

李燁 王漢斌

中國電子科技集團公司第二十八研究所， 江蘇 南京 210007

引言

我國自主研發的北斗一號衛星定位系統已覆蓋我國及周邊國家與地區，全天候的服務，無通信盲區，無需其他通信系統支持，可同時解決自我定位與目標定位的問題；同時自主研發的系統確保了其使用的安全性與保密性。因此，設計基于北斗一號衛星定位系統的應急通信網，可以滿足部隊山區通信和執行多任務的應急通信需求，并可作為其它通信網的備份和補充手段，全面提高我軍在山區和應急條件下的通信保障能力。

1 ．北斗一號系統工作原理

“北斗一號”定位系統由位于北京的地面中心站、三顆地球同步衛星、分布于全國的幾十余個標校站和用戶終端組成。系統各組成部分功能分別為：

衛星上的轉發器的作用是將來自于用戶機、標校站的信號和中心站的出站信號進行轉發。

地面中心站接收來自于衛星上轉發的入站信號，經過處理完成定位、通信和定時等功能，通過導航電文，可以了解和控制整個系統的工作情況。

用戶機具有收、發信號功能，通過衛星與中心站進行信息交互，設備比較簡單。系統在服務區內可提供定位（導航）、短消息通信、 授時三項服務。

1.1 定位（導航）原理

“北斗一號”采用集中式信號處理，定位、通信和雙向定時都必須通過中心站進行。

1）中心站持續不斷的以固定的頻率發射偽碼擴頻信號，在地球同步衛星所覆蓋區域內的用戶可以接收到該信號。

2）用戶機接收出站信號，標記好起始時刻之后向衛星發射入站信號。

3）中心站得到由衛星轉發來的信號后，取往返時間的二分之一，扣除衛星到中心站的時延，再經必要的修正（電離層修正、對流層修正和設備時延修正等），可以算出衛星與用戶機之間的距離。配合用戶的高程信息，最終計算出用戶位置。

4）中心站將用戶位置信息加密后加入出站廣播電文中，通過衛星發送給用戶。

5）用戶由接收到的出站信號得到自己的定位信息。

1.2 短消息通信原理

短消息通信是“北斗一號”衛星導航系統的一大特色。

1） 發送用戶將發送內容及發送目標的ID加密后通過衛星轉發入站；

2） 地面中心站得到通信的申請后，先解密，后加密，再以廣播的方式由衛星發送給用戶；

3） 接收方的用戶機在接收到出站信號后解密，完成一次通信。

1.3 授時原理

“北斗一號”為用戶機提供了兩種定時方式：

（1）單向定時，單向定時的精度為100ns，在此模式下，用戶通過接收到的導航電文信號，得到本地時間與北斗標準時間的時鐘差，完成同步工作；

（2）雙向定時，雙向定時的精度為20ns，在雙向定時模式下，首先用戶向中心站發出定時申請信號，時間差在中心站中計算得出后，通過衛星發送給用戶，用戶根據此時間差進行時間調整。

2 ．基于北斗一號的應急通信網

基于北斗衛星定位系統的軍用應急通信網系統，總體思想是不借助任何其它通信系統，僅僅依托北斗衛星定位系統，在山區或類似環境，為指揮控制系統提供低速雙向數據通信功能，并提供系統每個用戶的地理位置和系統授時。指揮控制系統內的所有指揮要素、專業分隊和武器單元都配置“北斗一號”用戶終端，通過兩顆在軌工作衛星，在北京地面中心站的控制下，組成應急通信網。在經過協調和委托后，北京地面中心站可以通過公共通信網轉信，建立委托指控系統與起上級指揮所的間接信息傳輸。

2.1 應急通信網功能

“北斗一號”系統工作頻率為2491.75MHz，設計系統容納的最大用戶數為每小時540000戶。系統可靠性達99．98%。已經成功應用于水利水電、海洋漁業、交通運輸、氣象測報、國土測繪、減災救災和公共安全等領域，系統應用技術成熟。

（1） 定位（導航）

快速確定用戶所在點的地理位置，向用戶及主管部門提供導航信息。在標校站覆蓋區定位精度可達到20米，無標校站覆蓋區定位精度優于100米。

用戶機從發射定位申請到收到定位結果，需要經過定位申請信號經用戶機－衛星－地面中心站－衛星－用戶機的傳輸延遲，約0.5秒。用戶申請定位的頻度為最高1秒1次，可以滿足機動部隊車輛和人員位置定位需求。

（2） 短消息通信

每個用戶機都有唯一的一個ID號，并采用1戶1密的加密方式，通信均需經過地面中心站轉發，并可通過信關站與互聯網、移動通信系統互通。與定位功能相似，短消息通信的傳輸時延約0.5秒。通信的最高頻度是1秒1次，相當于單用戶信息傳輸速率為1680比特/秒。短消息的大小最大為120個漢字或者1690比特。

（3） 授時

中心控制系統定時播發授時信息，為定時用戶提供時延修正值。單向授時定時精度100ns，雙向授時精度20ns。

2.2 山區通信遮蔽解決方法

“北斗一號”用戶終端具有體積小、功耗低（5W）等特點，便于攜帶和野外使用。

解決“北斗一號”用戶終端山區通信遮蔽的方法是將車載用戶終端搬出車輛，配置可搬移電源支持設備野外供電，手持終端自帶電池供電，兩種用戶終端均通過有線接口模塊接入指控系統，在車輛附近幾公里范圍內總可尋找到合適高地建立與北斗衛星通信，這樣即可建立覆蓋指控系統所有用戶的北斗系統應急通信網。采用這種方法，不但實現了通信與指控系統、武器單元的物理分離，還可對北斗終端進行遙控操作和無人值守工作，有利于增強系統抗毀性和頑存性。

2.3 基于應急通信網的指揮控制功能

基于北斗應急通信網定位、短信息通信、授時功能的“北斗一號”的指揮控制系統，主要功能包括：

（1）部隊位置報告

在總參測繪局下發的各種比例尺、格式的軍用數字地圖和主流的商用數字地圖的顯示界面上，為指揮決策提供直接、準確的地理信息，實現指揮控制的可視化。

（2）決心圖和實時態勢圖的綜合顯示

支持指揮人員可以在作戰前確定并標繪態勢圖，同時也可以依據各個下屬部隊的實時位置、狀態以及敵方的位置狀態，繪制出實時態勢圖，將兩者的信息進行數據融合后，綜合顯示，前方部隊也可以做到實時共享。

（3）代碼指揮

代碼系統指揮的管理，可以將各種簡要命令文書通過代碼指揮模塊將其翻譯成指令代碼，通過“北斗一號”短報文方式傳送。

（4）輔助聯合火力打擊

下級單位向上級用圖標（標準的軍標符號）、文字指示敵方目標并請求火力打擊；上級單位接收到下級單位的火力打擊請求時，建立專題界面處理，并向有關單位下達火力打擊計劃。

（5）作戰時間同步

在多級指揮體系結構中，上級指揮機關可以把作戰時間通過“北斗一號”短報文方式逐級下發，下級單位在收到后自動修正作戰時間，實現多級指揮中作戰時間的同步。

3 ．“北斗二號”應用展望

新一代的衛星導航系統“北斗二號”將會避免“北斗一號”系統所存在的缺陷，同時具備了通信功能，為全國及周邊區域內的我軍用戶提供陸、海、空全方位的導航定位服務，促進衛星定位、導航、授時服務功能的應用。在航天領域內，增加航天定位和軌道測定手段，使武器制導更加精確。

可以預期，基于“北斗二號”衛星導航系統的應急通信網功能將更加完善，應用領域將更寬廣。

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