地震应急卫星通信指挥车通信系统设计

2018-02-24 神汽专用车

破坏性地震往往使基础通信设施遭到严重破坏甚至损毁,需要建立一种应急通信平台[1-2]来保障前方与后方的通信通畅,实时传递灾区信息。卫星通信[3]具有不受地域限制、抗毁能力、建立通信链路快的特点,越来越成为地震等灾害时应急通信的首要选择。
在国家“十五”重点项目“中国数字地震观测网络”[4]-江苏部分和江苏省“十五”重点项目“江苏省防灾救灾应急预警信息系统一期工程”-地震部分的建设过程中,江苏省地震局地震现场工作队配置了厢式地震现场应急卫星通信系统,该系统除具有卫星通信的特点外,还具有通信距离远、音视频传输等特点,但在实际使用过程中存在以下特点:①设备数量多且零散,导致系统组装时间长;②卫星对星需要预先判定卫星大致角度,且过程缓慢;③网络设备较少,现场网络种类及覆盖差; ④箱体体积大、重量沉,搬运困难,需要保障人员多。以车辆为载体的移动通信系统具有较强的通信功能和良好的机动性了解决上述缺陷,在省专项资金支持下,选用中型客车依维柯对该箱式现场应急卫星通信系统进行了应急卫星通信指挥车集成改装,并增加了一些网络设备。

1、系统主要功能
 

卫星通信指挥车.jpg


卫星通信指挥车通信系统主要用于应急业务,具有很强的机动性,系统需要实现以下功能:
1)卫星通信:当灾区基础公共通信设施遭到严重破坏的情况下,能够建立基于VSAT卫星的通信链路。
2)视频会议:通信链路建立后,通过视频会议系统,可将事件现场的情况实时音视频传输至后方指挥中心;后方指挥中心根据传回的现场情况,实现对现场的远程救援指挥与调度。
3)数据传输:可实现基于IP的数据传输功能,使基于IP技术的其他应用方式可以方便的应用在基于IP的卫星通信系统上,将现场的文字、图像等数据信息实时传回指挥中心。
4)语音传输:利用卫星平台建立基于IP的网络,车载电话设备可建立卫星电话系统,实现网络电话功能;且通过在系统内布设的语音网关,可实现与普通的电话、手机建立通话。
5)现场音视频调度:系统需配置对讲系统、无线图传单兵电台,与卫星网组合后,解决网络通信中“ 最 后一公 里”问题, 实现“ 网络无处不在”。
6)灵活组网:地震系统内的任意卫星通信指挥车可以相互之间组网通信,按IP地址呼叫。
7)信息加解密:系统要能对信息传输过程进行加密处理及安全认证。
8)其他:系统能提供文字处理、传真、复印、打印、扫描等现场后勤保障工作。

2、系统设计实施
    卫星通信指挥车以卫星通信系统为通信主干,以常规通信系统为补充,加以多媒体等应用系统,组成个多种手段、反应及时、决策快捷的现场“数字化移动通信指挥中心”,其通信系统的设计主要包括卫星通信系统、视频会议系统、无线网络传输系统、电话系统、音频系统、对讲系统、视频采集与传输系统、信息处理系统等,系统的组成与连接关系如图1所示。

2.1 卫星通信系统
整个卫星通信系统使用基于亚洲四号同步卫星(122.2E)Ku 波段的国家地震应急卫星通信网络平台,主站设在国家地震局,远端小站为车载站,主要包括卫星通信机、下变频信号放大器(LNB 变频器)、上变频功率放大器(BUC 功放)、卫星天线系统等。
1)卫星通信机:采用原箱式系统配置的SkyWAN1IDU2500 卫星通信机,该机具有MF-TDMA 多载皮调频、L 频段575 MHZ全卫星带宽访问的特点。
2)LNB变频器:为满足将卫星传下来的KU 波段信号(一般频率为10~30GHz)变成通信设备可处理的L波段频率和可由通信机直接供给18 V直流电源即可工作的特点,系统采用KU 波段的NDRT3000 作为LNB 变频器。
3)BUC功放:为满足能将卫星调制解调设备发出的L波段信号(频率一般为900~ 1600 MHz,功率毫瓦级)上变频成KU 波段频率并放大成卫星上的转发器能够接收的信号和可由通信机直接供给24 V直流电源即可工作的特点,系统采用ND RFT5000作为BUC 功放。
4)卫星天线系统:从体积小、重量轻、可靠性高、操作简便等方面考虑,天线系统选用南京中网卫星通信有限公司的Spacenet SAC120BF2 全自动车载卫星天线系统,包括1.2 m Ku 波段玻璃钢(SMC)单反偏馈蝶形天线面、馈源、天线支撑平台及伺服机构、寻星控制系统等,可实现3 分钟内全自动一键对星,满足应急通信系统要求。

2.2 视频系统
系统选用多重视频设备来实现系统多路视频信号的接任和控制。
1)AV矩阵:为调度通信指挥车的各路AV图像指向,系统选用一台可将32路视频与音频输入信号切换到16路通道中任一路的CREATOR AV32*16矩阵切换器。
2)VGA矩阵:为调度通信指挥车的各路VGA图像,系统选用一台支持4路音频输出的CREATOR VGA0404矩阵切换器。
3)视频会议系统:考虑到设备的兼容性和操作性,系统选用与后方地震应急指挥中心相同的泰德Edge9SMXP 高清视频会议系统,通过公共网络或卫星链路完成视频会议功能。
4)车顶摄像机:对于车外场景的实时摄取,系统选用Sony D70P摄像机。
5)显示设备:为满足多路AV/VGA 图像的输出,系统主显示设备采用夏普LCD-32A33 32 寸液晶电视,辅助显示设备采用清华紫光17 寸液晶显示器。
6)其他:系统配备先锋DV-310-G DVD播放机来实现视频播放;配备忆志mdr0041四路图像硬盘录像机来完成各路视频信号的录取与调阅。

2.3无线网络传输系统
无线网络传输系统采用4种方法进行组建,实现将卫星通信指挥车周边区域的各种WiFi 设备连接起来,并通过卫星链路接人到应急指挥中心,实现各种基于计算机网络的数据访问与传输。
1)WiMax 无线网络:考虑设备的便携性和现场较大范围内的网络覆盖,系统选用美国艾克赛瑞宽带无线通信公司的WiMax 无线网络系统,车载配置ExcelMAX Ultralite 台式机站,移动终端采用美国Moseley 手提箱式用户终端ExceMAX Portable CPE。
2)WiFi 无线网桥: 采用原箱式系统配置的奥维通公司的Alvarion BreezeNet B14 5.8 CHz 无线网桥,用于计算机局域网络的无限延伸。
3)无线AP接入:为了提供车内和车附近5~10 m范围内无线局域网覆盖,使支持WiFi 的终端设备可以最高54 M的速度与指挥车网络相连,并访问与卫星通信互联的所有网络,选用支持802.l1a/b/g 标准的Linksys WRT54G 2.4 GHz无线AP。
4)3G 网络:为充分利用公共基础网络,选用支持CDMA2000 1X 标准的ETPro-555Er EVDO 3G 路由器,进行数据透明传输和图像的传输。

2.4 电话系统
系统使用3种接入方式来实现后方应急指挥中心、现场指挥部、卫星通信指挥车之间的话音直接通信。
1)VoIP电话语音网关:为完成VoIP程控电话信令与IP通信协议的转换,实现VoIP通过卫星链路接入指挥中心VoIP语音网关,再接入市话网络和移动电话网的功能,系统选用支持4路即插即用FXS/FXO接口的世纪网通CNG800型VoIP语音网关。
2)海事卫星电话:为独立于地面移动公网(手机)和VSAT卫星链路的VOIP电话,并实现移动中的无地面基站支持的通话,系统选用Nera Mini-M车载/便携两用式海事卫星电话,将其接人到车载VOIP网关上(FXO 口)后,车上的电话可与公网及卫星移动电话网络相通。
3)GSM固定接入电话:为将地面移动公网(手机)的电话接人到车载的VOIP网关上(FXO 口),使车上的电话与移动公网相通,满足语音、传真、数据传输等通信需求,系统选用美国Telular 公司的单线GSM 固定无线终端SX5E。

2.5 音频系统
系统选用多种音频设备来满足多路音频的连接和操控。
1)调音台:为完善各路声音的调度与优化,选用一台EURORACK PRO RX1202FX 的8 路机架型调音台。
2)广播系统:为实现车内外的广播功能,系统车内广播功放选用佛山桑达AV299D,并配置2 只扬声器作为车内音响,供视讯对话使用;车外广播功放选用迪士普DSPPA MPI500 后级广播功放,并配置4 个TH-8/TU-80ML 全天候扩音喇叭。
3)有线/无线话筒:为实现音频的接人,选用广东千达的AK-C62 有线话筒和AK-G610 无线麦克风。

2.6 对讲系统
系统采用2 套频点不同的对讲系统,卫星通信车到达现场即可通过车载台建立起现场集群网络,直接调度区域内的手台。
1)车载集群对讲系统:转信台选用MOTOROLACRI225Plus420 M常规转信台,并配置2 副天线,1副增益3.5 dB鞭状天线车辆行进间使用,1副增益7 dB杆状天线在车辆停止时使用;手台选用好易通TC-780。
2)机动对讲系统:采用原国家地震局统一配发的ICOM 350 MHZ的集群车台和手台,在出发时临时装车使用。另外,考虑到驾驶室与会议室也需要对讲功能,选用富顺窗口对讲系统,由汽车电瓶供电,主机安装在会议室,分机安装在驾驶窗现。


付荣国,章熙海,肖飞,刘鹏飞