低軌數據衛星通信系統在海洋海事活動中的應用

● 文 | 中國長城工業集團有限公司 何穆 關止

低軌數據衛星通信系統通常由多顆覆蓋全球的小衛星、地面應用系統及小型化終端組成，通過星間鏈路，可實現全球無縫覆蓋、全天候、全時段及在復雜地形條件下的實時雙向短數據通信服務，滿足用戶低成本、低功耗、小型化的終端產品應用需求。

在海洋海事應用領域，低軌衛星通信系統主要應用于船只跟蹤、浮標監測和跟蹤、衛星船舶自動識別系統（AIS）等三個領域，能夠為漁船、船隊、游輪等提供全球水域的近實時、雙向、遠程船只跟蹤、監測和控制數據，實現全球海域范圍內船舶與港口之間的關鍵數據通信，保障海上安全、增加燃油效率、優化漁業流程、確保監管的合規性。

一、低軌數據衛星通信系統的功能及應用領域

低軌數據衛星通信系統適用于物聯網與機器對機器（M2M）的應用，通常來說具備的功能包括：數據采集、數據交換、衛星廣播、衛星AIS、衛星廣播式自動相關監視（ADS-B）、導航增強等。詳見表1。

二、低軌數據衛星通信系統的海洋海事應用

低軌數據衛星通信系統海洋海事應用主要的目標對象如表2所示。

表1 低軌數據衛星通信系統功能

表2 低軌數據衛星通信系統海洋海事應用主要目標對象

1.船只跟蹤

（1）特色和優勢

低軌數據衛星通信系統的船只跟蹤應用特色和優勢如下：

1）增加海洋安全，引導救援行動。識別海上緊急情況，通過連接到海岸系統的緊急按鈕，保障海員安全，指導救援行動；向海上人員發送實時天氣和安全預警；船只航線符合船舶遠程識別和跟蹤（LRIT）以及船舶保安警報服務（SSAS）條例。

2）監控發動機性能，降低船舶燃油成本。通過近實時對船只燃油傳感器以及發動機性能的監控，優化燃油損耗，降低成本；將船舶跟蹤設備無縫集成到現有的燃料監控解決方案中，形成降低燃油成本的整體解決方案。

3）減少紙上作業。在任何時候通過連續監測船舶性能數據，確保所有船只的工作效率最高；通過船載IT系統，近實時獲取漁情報告、漁業表格和岸上系統的情況，減少紙上作業。

（2）解決方案

低軌數據衛星通信系統船只跟蹤解決方案提供硬件、終端應用、服務于一體的船只跟蹤解決方案（如圖1所示），主要由以下幾個部分構成：

1）衛星通信終端。低軌數據衛星通信系統的海洋衛星終端是一個密封裝置，能夠通過衛星數據業務提供全球海上船只之間的連接，實現船只跟蹤和安全監管、船對岸的通信。船只跟蹤應用中采用基本型終端，具備短數據通信和導航分米級定位功能，通過串口、網絡接口與船載設備相連，符合IP67標準，能夠存儲2MB用戶數據文件，具備地理圍欄、數據記錄器、位置匯報等功能。該終端也可應用于遠程管理固定和移動資產設備，卡車、漁船、石油天然氣和小型設備的管理。提供全球、雙向的衛星通信服務。

2）嵌入式的終端應用。預先在低軌數據衛星通信系統海洋衛星通信終端設備中裝載一個可配置的應用軟件。能夠周期性，或者基于事件上報GPS位置、地理圍欄預警、系統狀態、數據日志等信息，具備雙向電子郵件發送能力，也能夠遠程配置。

3）接口單元。接口單元通過LED指示器將電力狀態、終端連接狀態、衛星連接和GPS可用性等狀態信息傳遞給船舶操作員。接口單元能夠通過串口連接到計算機，用于系統診斷/更新，具有電子郵件功能。

低軌數據衛星通信系統船只跟蹤解決方案的功能和特性如下：

1）周期性上報。在預先設置好的時間間隔內，發送船只的時間、經度、維度、速度、航線、GPS和衛星信號質量、系統狀態等信息。也可以由用戶控制信息上報的時間周期。

圖1 低軌數據衛星通信系統船只跟蹤解決方案

圖2 低軌數據衛星通信系統浮標監測和跟蹤解決方案示意圖

2）基于事件上報。檢測到異常情況發生，例如電源斷開、GPS干擾，連接到計算機和接口單元不可用時，發送上報和通知消息。

此外，在低軌衛星通信系統海洋通信終端內設定了多個地理圍欄，當進或出某個特定區域時發出通知。還可以遠程進行配置和系統更新，減少了漁業作業中斷和外場人員配置的成本。

2.浮標監測和跟蹤

（1）特色和優勢

低軌數據衛星通信系統浮標跟蹤解決方案，為處于偏遠海域的海岸船只和海洋浮標之間提供高效的通信，其特色和優勢如下：

1）優化漁業

●通過跟蹤魚類聚集設備的位置來優化捕魚操作。

2）定位浮標位置發送環境數據

● 跟蹤浮標以獲得即時位置；

●獲取浮標采集到的溢油、水溫、天氣、海洋模式、環流和海岸線變化數據。

3）浮標遠程監控

●通過異常的報告來標志非常規事件；

●通過遠程指令控制，改變數據上報的頻率或控制傳感器開/關。

（2）解決方案

低軌數據衛星通信系統浮標監測和跟蹤解決方案如圖2所示。

浮標采集信息傳輸步驟描述如下：

步驟1：浮標數據處理器收集各個傳感器的信息；

步驟2：浮標按照預設的信息傳輸周期，占用預留時隙或者利用隨機時隙發送數據；

步驟3：衛星接收到數據之后，將數據轉發至地面關口站，再經由運管中心將數據分發給用戶。

低軌數據衛星通信系統浮標監測和跟蹤解決方案終端也采用同船只跟蹤一樣的基本型終端，具備同時支持地面通信網絡和衛星通信網絡的雙模通信能力，定位精度2.5m，其可編程功能可以實現50000個位置報告的數據記錄功能，具備物資預警、周期性上報和遠程控制能力。

低軌數據衛星通信系統浮標監測和跟蹤終端支持地面網絡和衛星網絡，能夠提供低成本、可靠的數據傳輸，提供永遠在線的衛星通信服務。根據用戶需求，使用可編程軟件進行快速配置。

3.衛星AIS

AIS發送船只的身份／位置和其他關鍵數據，用于協助航行，改善海上安全和跟蹤船舶管理船隊或海事執法。

低軌衛星通信系統的衛星AIS功能依托船載AIS終端設備，利用低軌衛星通信系統衛星上高靈敏度的AIS信號探測轉發設備，對船只連續、自動發射的AIS信號進行探測和傳輸，以實現全球范圍內船舶的自動跟蹤監視。星載AIS系統采用全向天線實現星下點的全覆蓋，整個星座能夠準確提供全球范圍內的所有衛星AIS船只位置（見圖3）。

（1）特色和優勢

低軌數據衛星通信系統AIS解決方案的特色和優勢如下：

1）加強海洋監視。監視海面異常情況并作出反應，避免沖突，保障海洋航路安全。

2）反海盜襲擊。衛星AIS跟蹤可以定位可疑的海上移動目標，識別可疑船只，對船只的潛在威脅進行預警，從而對抗海盜攻擊，保證船員安全。

3）提高搜救效率。進行遇險船舶識別，將搜索和救援資源集中到特定區域，提高相應時間和整體救援協調效率。

4）支持漁業和環境監測。提供及時、準確的船舶數據，預防海洋污染、保障漁業法規以及船舶交通管理政策的實施，通過與一些可信賴的海洋信息提供商合作，低軌衛星通信系統衛星AIS可以為全球數千萬用戶提供最完備的全球船只狀態圖。

（2）解決方案

低軌數據衛星通信系統衛星AIS結合了衛星AIS、衛星M2M、地面AIS三種應用，提供“衛星AIS+衛星M2M+地面AIS”的完備的解決方案。

裝配了AIS設備的船只，向一定區域內的船只、岸基發送自身船舶位置、身份等關鍵性數據，通過全球衛星通信網絡，將船只的信息廣播給其他船只或者遠海地區的基于Web的船只管理平臺，為船隊經營者、海事局和執法機構提供可靠的AIS解決方案。

（3）終端

低軌數據衛星通信系統AIS終端采用國際標準，具體指標如表3。

表3 低軌數據衛星通信系統AIS終端指標

三、小結

海洋海事是衛星通信的主要應用領域，在沒有地面網絡或者無線通信網絡的情況下，衛星成為船員或者船只與岸基進行聯絡的唯一手段。低軌數據衛星通信系統在海洋海事領域通過構建基于衛星的窄帶物聯網、M2M，為海洋船舶、浮標、岸基之間提供基于短數據的采集、交互、AIS服務，從而實現海員船只安全、漁業捕撈、燃油監控、海洋環境信息采集等應用。

圖3 衛星AIS應用示意圖