消防救援中衛星通信技術的應用分析

鄭鑫

摘要：消防救援常面對復雜、多變、惡劣的環境，容易遇到通信信號獲取失敗、通信網絡故障等情況，耽誤救援進度、降低作戰能力。因此，保證通信順暢至關重要。衛星通信技術是一種信號覆蓋范圍廣、傳輸穩定的無線通信技術，在消防救援中應用具有突出優勢。基于此，探究衛星通信技術應用原理，分析在消防救援中的應用優勢，詳細論述其語音業務、視頻業務、數據傳輸業務、移動式救援業務的基本應用，并以極端自然災害救援為例探究技術應用中的關鍵要點。以此為消防救援中合理應用衛星通信技術提供參考，以期有效改善救援中通信信號差、故障多的現狀。

關鍵詞：消防救援；衛星通信技術；應用

中圖分類號：D631.6? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）11-0040-04

目前，消防救援現場仍以短波通信、公安350M、PDT數字集群等為主要通信手段，在提供應急通信服務時容易受到通信距離、周圍環境、障礙物等因素的影響，導致通信信號傳輸缺乏穩定性，無法滿足救援現場的高質量、穩定通信需求。而衛星通信技術將人造地球衛星作為中繼站，完成無線電波的收發，能夠實現地面上多個站點之間的高效、穩定通信。將其引入消防救援中解決復雜環境下的通信難題，輔助救援隊伍提高作戰效率，有效提升救援實效，能切實滿足消防救援隊伍“全災種、大應急”職能任務發展需求。

1 衛星通信技術的應用原理

在消防救援中，通常以衛星通信系統為載體應用衛星通信技術，實現其各項功能，展現技術優越性。而衛星通信系統主要由衛星、移動終端、固定終端、信關站等組成，在現有技術條件下衛星多為多波束衛星，作為系統中的中繼站，負責其覆蓋范圍內請求數據的接收。為了最大限度保證通信的通暢性，中繼站可以接收衛星范圍內所有終端設備以及地球站發送的請求數據，并對數據信號進行放大處理，以反向鏈路作為傳輸介質與信關站進行信號往來；而信關站接收的信號會傳輸給地面網絡，經過處理后形成新的請求數據或回復數據時再以前向鏈路為傳輸介質經過信關站傳回給衛星，進而再進行放大，經過反向鏈路傳輸至多波束小區內，以上則為數據請求與接收的完整流程[1]。但在消防救援中也會出現信關站與衛星覆蓋小區并不在一顆衛星覆蓋范圍內的情況，因此，需要借助星間鏈路將信號轉發至目標衛星，再完成上述請求與接收流程。

2 衛星通信技術在消防救援中的應用優勢

在消防救援中，通信的主要作用是保障救援工作順利進行，在衛星通信設備的支持下保證救援中指揮與救援人員溝通順暢，高效執行救援方案，避免在惡劣環境影響下友鄰救援隊伍之間、救援人員與指揮人員之間出現失聯情況，確保準確、高效、不間斷地傳遞救援指揮信息。而利用衛星通信技術，通過上行線路與下行線路組成一條連接信關站、中繼站、地面網絡的通信鏈路，能夠克服通信中的諸多技術難題。具體來講，衛星通信技術的應用優勢體現在以下方面：

2.1? 覆蓋范圍廣

衛星通信技術在現實應用中打破了海、陸、空三界之間的限制條件，可以建立覆蓋全球的通信系統。在系統運行期間人造衛星作為中繼站可以完全脫離地球表面，獲得更開闊的傳輸視野，提高消防救援過程中信號收發效率、覆蓋范圍，減少信號中斷與失真問題。同時，利用靜止衛星時最遠通信距離可以達到18000km以上，建設地面站時無需考慮站點之間距離以及周圍環境惡劣程度，節約建設費用與運維費用。綜合來看，較之光纜通信、微波接力通信、短波通信等，衛星通信技術在覆蓋范圍上有著更明顯的優勢。

2.2? 傳輸容量大

衛星通信技術使用頻帶較寬的微波頻段，可以通過范圍寬的波段頻率將傳輸中的損耗降低，也使通信信號擺脫氣候與地理環境的干擾。通常情況下，常用衛星頻段C和Ku的帶寬介于500～800MHz，所用微波波段介于1～10GHz，波段頻率極寬，應用價值更為突出[2]。

2.3? 多地址通信

多地址通信是指在衛星覆蓋范圍內的地球站可以相同衛星作為載體完成相互間通信，也能夠使建設地球站時擺脫地理環境因素的干擾，即使救援任務在邊緣地區、島嶼上也能夠保證避免通信受到外界不良因素的干擾。由此可以看出，基于發散形式的衛星通信技術可以順利實現多地址間的穩定通信，使復雜情況下消防救援穩定、可靠應急通信多了一層保障。

2.4? 傳輸過程穩定

由于地理環境、氣候、自然災害、人為事件等因素均無法對通信兩點產生干擾與限制，通信系統運行可靠性大幅提升，使通信信號穩定、高質量傳播。

3 消防救援中衛星通信技術的基本應用

3.1? 語音業務

在消防救援中，衛星通信技術可以在多個方面應用，其中最為關鍵的是保障救援現場內以及與場外指揮之間溝通無障礙，以便合理調控救援力量、把控現場情況，第一時間了解救援需要，制定科學的作戰方案。因此，突出了衛星通信技術語音業務的重要應用價值。

語音技術的主要功能是保障救援人員、指揮人員等對話方便、溝通穩定，架起消防救援中的溝通橋梁。更為關鍵的功能是，救援中通過語言業務可以實現救援現場與救援指揮中心之間的連接，打破空間條件對救援指揮的限制。通過語音業務在后方綜合管理平臺上以及救援現場中接入語言信號，再將救援中接收的不同類型語言信號進行統一、標準的整合，同時滿足有線電話通信、移動語音通信需求，進而滿足消防救援中即時通信需求。由于事故發生后仍可能伴有次生事故發生，救援現場情況難以預測，如果位置偏遠、網絡信號弱，上級指揮中心難以及時掌握情況，不利于統一部署救援力量；救援現場失去科學指揮后，容易耽誤救援時機，影響救援效果。通過衛星通信技術的無線語音業務連接各級人員，以穩定的交互式方式保證實時語音交流流暢；同時，也支持救援中采用不同類型移動衛星電話交流，對提高救援實效有著重要價值。

3.2? 視頻業務

自消防救援隊伍任務向“全災種、大應急”轉型升級后，日常面對愈發廣泛、復雜、多樣的任務，從而使低延時、高清晰的音頻視頻直播作用日益凸顯。基于衛星通信技術的視頻業務，使消防救援現場與指揮部門以視頻進行溝通、各級指揮部門以視頻會議進行作戰部署，有效保持現場指揮中心與上級指揮中心實時聯系，兩者基于相同的現場視頻畫面，結合救援形式與客觀條件做出正確決策。其中衛星通信系統在接收視頻時影像最高分辨率可以達到1M，最大限度保證清晰度，降低對救援決策的干擾，避免延誤救援與指揮工作。同時，在消防救援過程中，公用網絡處于開放狀態，視頻通過5G傳輸，收集動態圖形進行處理。當出現無可用公用網絡或公用網絡癱瘓情況時，可以快速切換衛星通信技術，利用其帶寬高的優勢，傳輸清晰、飽和的影像；并能夠與視頻終端建立聯系，在處理平臺上視頻與圖像過程中接入衛星通道，保證救援期間現場視頻會議有序進行[3]。此外，在消防救援中利用衛星直接拍攝照片可以快速傳輸給接收終端，從而以采集直觀畫面形式及時反饋救援現場情況變化，為優化作戰部署提供有力的依據。

3.3? 數據傳輸業務

消防救援期間會應用諸多救援機械、器材、設備，但在地質災害救援中因道路遭到破壞，難以選擇合適途徑運輸救援設施，也會影響救援效率。而利用衛星通信技術提供的數據傳輸業務，實時掌握救援現場情況，獲取關于地理信息數據與文件，指導救援人員以高效的方式攜帶救援設施順利到達現場。其中地理信息數據是現場地理條件與情況的主要分析依據，指揮人員在系統內下載衛星地理信息數據，綜合分析災情現場與周圍地區情況，找到前往救援現場的合適路徑；并在信息中分析周圍區域活動狀態，降低不安全因素的危險，保障救援人員、救援設施以及保障性物資安全送達。而傳輸的文件數據主要有音頻、圖片、視頻、文字等形式，可幫助判斷救援現場情況變化、評估救援形勢。救援人員攜帶便攜站安置在河道附近、泥石流滑坡區段、人員疏散點等，并穿戴AR智能頭盔，及時將現場畫面傳回，方便指揮中心基于物聯網了解河道水流、地質裂縫、現場降雨量等，預測泥石流、滑坡風險以及洪災，保障衛星通信技術應用效果，在諸多不同場景下提供可靠的通信保障[4]。

3.4? 移動式救援業務

為保障消防救援實效，通常會將移動指揮中心建設在救援現場附近，借助輕型或超輕型衛星便攜站、方艙指揮車（靜中通、動中通等類型）高效指揮現場作戰，使各級作戰人員及時收到作戰指令，執行救援計劃。其間，指揮人員在衛星通信技術的支持下，移動指揮中心會快速收到救援現場通信人員傳回的語音、視頻等信息，了解災情實際情況，做好遠程監督與遙控指揮工作。為避免傳輸信號失真，也可以對信號進行加密處理，安全、可靠、高效地完成通信任務。同時，在衛星通信技術的支持下可以實現與支隊各級指揮中心、總隊、國家消防救援局的音視頻互通，使各級指揮人員了解現場情況。

3.5? “雙模”衛星便攜站

衛星便攜站由小型設備箱以及可拆裝式天線共同組成，具有布置靈活便捷、傳輸距離遠、無線接入、覆蓋范圍廣等諸多突出優勢，在公網癱瘓的情況下，可以可靠地承擔起救援現場通信聯絡任務，是適用于突發災害應急救援的移動通信站。雖然衛星便攜站體積小、質量輕、結構簡單，但不影響通信質量、圖像采集質量，從而在現代通信系統中占據越來越重要的地位。以往我國一直通過亞洲9號衛星信號建立向衛星便攜站傳輸音頻、視頻的鏈路，但局限明顯，衛星信號單一情況下容易使手機、終端設備、電腦等諸多特定設備無法接收信號。

為此，在現代先進科技的支持下，創新推出“雙模”衛星便攜站技術，使消防救援現場“斷網”條件下應急通信時傳遞信息的諸多難題得以克服。“雙模”衛星便攜站技術中將衛星通信與無線通信技術融合，同步接收亞洲9號衛星信號以及Ku波段亞太6D高通量衛星信號；并于互聯網接入，上行、下行均可以達到高速，無需浪費時間建立通信鏈路，但不影響救援現場音頻、畫面、視頻傳回指揮中心的效率與質量，也不影響救援期間通過文字、圖片、語音、視頻等方式進行信息交互，從而使救援現場以多樣化手段通信[5]。

4 消防救援中衛星通信技術的應用實例

以極端自然災害為例，結合消防救援中的特殊要求分析衛星通信技術，了解如何靈活、合理應用技術，滿足不同救援條件下的通信要求。

4.1? 極端自然災害消防救援通信需求

在極端自然災害救援中，面對惡劣的情況，消防救援隊伍對于通信的基本要求主要有3個：一是隨遇接入通信需求；二是業務融合需求；三是窄帶通信需求。其中隨遇接入通信需求是指在意外發生時用戶也能夠及時發出求救信號；業務融合需求是指融合業務平臺與通信系統，減少業務調度中的通信壁壘；窄帶寬通信需求是為避免傳輸中帶寬過寬影響傳輸數據效率，且強調在通信正常、有所保障時將視頻作為主要通信載體，最大限度提高通信效率，應對惡劣天氣下、星上資源緊缺時對寬帶通信質量的負面影響。基于以上需求，在極端自然災害發生后，將可靠性高、速度低的語音通信作為最后的通信防線，預防通信中斷問題。同時，以視頻為主要方式完成通信，建立能夠在衛星網絡中接入音頻與視頻的衛星鏈路，方便指揮人員基于圖像綜合管理平臺展開針對性指揮工作，保障業務與通信之間順利完成交互，實現高效救援。

4.2? 衛星通信技術應用思路

基于極端自然災害救援提出的三大通信需求，從通信設備、音視頻調度、網絡管理、調制解調器等方面分析衛星通信系統的建立，形成科學、具體的衛星通信技術應用方案。

在衛星通信設備選擇上，考慮災害救援中現場的特殊、多變、危險情況，采用輕量化衛星便攜站與手持式便攜通信設備，可以通過指揮中心或調度平臺的操控在救援中完成音視頻交互；而建立衛星通信系統中將便攜式衛星通信設施作為核心設備，確保救援中能夠跨網絡進行音視頻業務的交互，為救援中應急通信提供強有力的保障。

在音視頻調度業務中，建立圖像綜合管理平臺指揮終端，接收衛星便攜站傳回的視頻與音頻，并傳輸給衛星鏈路，可以使現場指揮終端與上級指揮部門開展高質量、雙向音視頻會議，會議視頻分辨率最低可以達到720P。同時，可以將視頻系統接入視頻會議中，直接在大屏上投放視頻信息，了解救援現場傳回的情況。

在網絡管理上，以Wi-Fi與衛星網兩種形式提供服務，落實二級網絡管理。

在供電管理上，支持兩種電壓等級進行直流供電，即220V與24V，從而保證衛星通信始終正常進行，即使更新也無需中斷服務。

在調試解調器設置上，應保證網關信道服務的獨立性，能夠接入上級管理平臺中。

在其他硬件與軟件設施上，采用具有線極化工作方式、一體化設計的便攜式天線，使其工作時發射頻率達到14.0～14.5GHz、接收時達到12.25～12.75GHz。設置帶有支持波導輸出接口、支持N Type輸入接口、轉換增益≥65db、輸入阻抗≥50Ω的Ku功放模塊；設置輸入頻率、輸出頻率分別介于12.25～12.75GHZ、950～1450MHz的LNB模塊[6]。

4.3? 衛星通信技術關鍵要點

4.3.1? 通信保障技術

衛星通信是極端自然災害救援中對救援效率、成功與否影響最大的一項設備，惡劣的自然環境下，為實現最低限通信暢通，選擇Ku頻段輕量衛星便攜站、衛星電話等便攜式通信設備，使衛星通信技術價值充分發揮。通過上述內容可以看出，衛星便攜站小巧、便于攜帶，無需擔心交通受阻情況下設備運輸問題，但要采取按需通信上網方式，保證通信可靠性。同時，為了盡可能地在惡劣環境下保證通信系統的多元功能，需要在移動衛星通信系統中隨時對Ku頻段衛星通信系統進行調整，保證滿足通信需要，從而通過衛星主站提供的服務功能實現隨時接入。此外，為了有效應對突發因素對衛星通信的干擾，保障通信便利進行，應整合業務終端，引入智能終端支持業務通信，能夠在無需連接其他終端設備情況下可靠支持線上音頻、視頻會議。但系統要通過擴頻與降速方式，降低通信中對語音通信穩定性的干擾，保證極端惡劣天氣下語音最低限通信可靠性能夠保持在99%以上。同時，也可以靈活運用衛星電話，使其可用度達到99%以上，保證通信的連續性。

4.3.2? 業務融合技術

在極端自然災害救援中以網關或中間件作為聯網載體，使應急通信網絡中的功能融合，可以快速、穩定融合音視頻功能，減少協議轉化問題。融合過程中可以基于天地一體化信息網絡，利用IPv6編址方案，統一處理地理信息與通信邏輯，解決編址編碼問題；待確定編址方案后再統一編號，實現衛星通信系統內各類型編址的統一處理；而地址搜尋則可以直接通過編織字段或綜合路由前綴進行[7]。應用IPv6編址方案結果顯示，相異通信系統之間業務編址、尋址中的難題被解決，徹底打通衛星系統中互聯互通的阻礙。但也需要物理層提供保障，設置可以互聯的接口，以便系統應用中有互通鏈路。期間需要注意由于通信系統在開發音視頻業務時采用不同協議，需要基于統一協議才能實現業務融合。

為滿足復雜的通信需求，應采用多樣化話音樣式，因此，在互聯互通條件下語音也需要整合。應建立統一的調度平臺，先處理語音無法兼容情況。從目前的技術手段來看，可以采用SIP協議，轉換不同類型的語音。SIP協議具有簡單且實用的邏輯，先對語音進行處理，將采集的語音信息處理成標準話音，在此基礎上再進行業務交互。而為實現最終的標準統一，在SIP協議層應采取狀態管理手段，對SIP信令發送、接收以及RTP發送、接收進行管理，配合協議解析器及SIP實例、SDP會話、收發交互等功能實現請求與響應。

視頻業務融合中，需要處理視頻會議與視頻通信傳輸速率不同問題及其導致的采集設備標準不同問題，應建立標準統一的視頻交互平臺，借助協議轉換非標準功能，再將轉化后的視頻接入平臺內，從而形成統一的融合互通模式。

4.3.3? 平臺融合技術

為加深通信系統與業務平臺的融合，為高效進行業務調度提供堅實保障，通過衛星調度系統交互業務調度平臺方式實現通信系統與業務平臺之間的深度融合，可以查詢控制中心的具體運行狀態，對衛星通信鏈路展開最終控制。

參考文獻：

[1]黃雅蕾.輕量化消防救援衛星通信系統設計研究[J].長江信息通信，2022，35（11）：84-86.

[2]王金生.有關集成化消防衛星單兵通信設備的研究[J].中國設備工程，2022（18）：233-235.

[3]趙樹海.衛星通信技術在滅火救援中的應用分析[J].長江信息通信，2022，35（5）：105-107.

[4]劉訓龍，王延尚.消防救援中衛星通信技術的應用研究[J].電子測試，2022，36（4）：108-109+112.

[5]李朋朋.衛星通信技術在消防救援中的應用研究[J].電視技術，2021，45（10）：76-78+83.

[6]李海峰.消防救援中衛星通信技術的應用研究[J].中國設備工程，2021（12）：210-211.

[7]楊沛彬.關于消防救援中衛星通信技術的應用[J].通訊世界，2020，27（5）：54+56.

Application analysis of satellite communication technology in fire and rescue

Zheng Xin

（Xinjiang Uygur Autonomous Region Emergency Communication and Vehicle Service Fire and Rescue Section， Xinjiang Uygur Autonomous Region 830063）

AbstraCt： Fire and rescue often faces complex， changeable， and harsh environments， prone to communication signal acquisition failures， communication network failures， etc.， which can delay rescue progress and reduce combat capabilities. Therefore， it is very important to ensure smooth communication. Satellite communication technology is a wireless communication technology with wide signal coverage and stable transmission， which has outstanding advantages in fire and rescue applications. Based on this， the paper explores the application principle of satellite communication technology， analyzes the application advantages in fire and rescue， and discusses in detail the basic applications of its voice service， video service， data transmission service， and mobile rescue service. Take extreme natural disaster rescue as an example to explore the key points in the application of technology.It provides references for the rational application of satellite communication technology in fire and rescue， hoping to effectively improve the current situation of poor communication signals and many faults in rescue.

Keywords： fire and rescue; satellite communication technology; application