天地一體化應急通信系統的構建范文

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摘要:目前，公安應急通信系統面臨的主要問題是如何避免突發事件情況下應急通信中斷和癱瘓問題。隨著航天航空技術的發展，以及空間網絡在應急通信和軍事通信中的發展優勢，具有強大信息支持能力的天地一體化網絡逐漸成為公安部門解決應急通信問題的一個重要手段。文章采用先進成熟的北斗通信技術和“動中通”車載便攜衛星系統，構建天地一體化應急通信體系，從而保證公安人員在處理突發事件時互聯互通，及時制定應急預案。

關鍵詞:公安系統；天地一體化；應急通信；衛星通信

0引言

在我國經濟和科技高速發展的情況下，傳統應急通信系統已不能滿足新形勢下公安部門對突發事件實時性、精控性的應急指揮要求。公安應急通信作為公安應急指揮工作的重要內容，不僅是當前通信領域關注的問題，而且越來越受到政府、公安部門的高度重視。目前國內公安應急通信的建設和利用已有了長足的發展，衛星、微波、短波、計算機通信、移動通信等系統和設施均在此領域使用，但面對實戰需求還存在一些問題，特別是如何避免突發事件情況下應急通信中斷和癱瘓問題。因此，迫切需要采取一定的技術，有效地解決公安部門在全面應對突發事件活動中所遇到的通信問題。隨著航天航空技術的發展，以及空間網絡在應急通信和軍事通信中的發展優勢，具有強大信息支持能力的天地一體化網絡逐漸成為公安部門解決應急通信問題的一個重要手段，也是我國公安體系應急指揮發展的一個重要方向。

1公安應急通信系統

公安應急通信系統是指公安部門在應對突發事件時用于應急指揮的通信系統。由于突發事件具有時間、地點和環境等的不確定性，通信要求容量也不確定，因而，應急通信網絡要有高度的機動性和靈活性，能適合惡劣環境并具有很強的抗水抗干擾能力。與日常通信系統的主要區別體現在四個方面：（1）在組網能力上，應急系統采用自組網，具有自動路由選擇、系統參數無線下載等，并能與其他部門的應急通信系統實現互聯互通；日常系統采用固定網絡拓撲。（2）在頻率使用上，應急通信很難確定，公安應急通信系統應具有頻率感知能力；日常系統只需提前規劃，不經常更換。（3）在基站鏈路方面，應急通信以無線通信為主，有線通信為輔；日常系統則相反，以有線通信為主，無線通信為輔。（4）在供電方式方面，應急通信以大容量移動電源為主；日常系統以市電為主、電池為輔。公安應急通信網的主要業務包括：現場受災情況圖象和數據采集、GPS定位、保密通訊、語音調度、多媒體數據轉播，并具備應有的特殊功能，如在一些突發事件現場，特別是與反恐有關的突發事件現場，要屏蔽外界通信干擾并確保警員之間的安全可靠通信。目前，公安部門在應急通信指揮保障工作時，現有的公安應急通信系統還存在一些問題[1]。多種應急通信系統之間因缺少協調性，導致跨行業間及公安系統部門之間缺乏互聯互通能力，不利于部門聯動和統一協調指揮；重大公共安全事發場所，可能由于基站受損造成通信能力大幅下降，甚至會導致通信的中斷和癱瘓；重大突發事件發生現場由于通信資源受限，信息傳輸的實時性很難得到保證。因此，發展基于天地一體化的公安應急通信系統很有必要。公安領域的應急通信系統主要以應急平,臺為核心，利用不同的接口協議將衛星通信系統、導航定位系統、GIS系統和遙感監測系統等融合為一個完善合理的應急體系。

2天地一體化通信網絡

天地一體化通信網絡利用互聯網技術，以地面通信網絡為基礎、以空間通信網絡為延伸，實現互聯網、移動通信網絡、空間通信網絡的互聯互通，覆蓋海、陸、空自然空間，為海基、陸基、空基和天基各類用戶的活動提供信息保障。天地一體化通信網絡從物理形態上可分為空間通信網絡和地面通信網絡[2]，空間通信網絡包括天基和空基通信網絡及其所有的航天器，天基通信網絡由高空通信衛星、信息獲取衛星及導航衛星組成；空基通信網絡主要包含利用臨近空間飛行器和各種無人偵察機等。地面通信網絡主要是指陸基通信網絡，有地面互聯網、移動通信網絡組成的主干網絡和用戶接入網[3]天基通信網絡、空基通信網絡和陸基通信網絡可以獨立工作也可以相互聯通，構成分層網絡結構，確保通信暢通;在陸基通信網絡中，節點可采用典型的網狀型網絡結構互聯，也可通過天基網絡節點實現遠程中繼，使區域覆蓋網絡接入骨干交換網[4]。天地一體化通信網絡結構如圖1所示圖1天地一體化通信網絡結構(參見右欄)高空通信衛星有高中低軌道，面對不同任務的衛星。隨著地面移動通信的發展，GEO高軌通信衛星逐步成為空間通信網絡天基骨干網，提供覆蓋全球的高速數據傳輸服務。天基骨干網采用空間激光通信輔助傳統微波通信實現空間組網，提供100Gb/s量級的通信容量，具備空間網絡拓撲抗毀重構能力[5]。同時，地面關口站形成空間通信網絡地基骨干網。空間通信網絡通過這種雙骨干方式，為空中各種物理網絡提供靈活有效的互聯。同時，通過設立多個國際級天地一體化網絡互連節點，采用具備星第、星間通信能力的空間移動通信系統作為高數據率傳輸的主干網，各類衛星、地面固定、車載等應用子網接入的方式，以避免地面龐大的路由信息對空間網絡的沖擊，以及屏蔽空間通信網絡動態性所可能帶來的地面網絡路由震蕩，實現空間網絡、地面互聯網、移動通信網的互聯互通。天地一體化通信網絡建設的最終目標也就是實現多種功能平臺之間的數據融合與信息共享，并通過將用戶、應用控制資源整合成一個有機整體，實現信息共享和統籌建設，以提高通信的容量和時效性，增強通信網絡的可靠性和抗衰斷性。

3天地一體化公安應急通信系統的構建

本文提出的天地一體化公安應急通信系統是利用衛星傳輸系統不受地理條件限制的特點，在突發事件場所地面傳輸線路一時難以恢復的情況下，使用“動中通”車載便攜衛星系統，快速建立臨時衛星傳輸通道，連接應急通信車載基站系統或當地傳輸阻斷的移動基站系統，架起公安應急指揮通信網。系統結構如圖2所示，分為地面部分、空中部分和衛星部分。圖2天地一體化公安應急通信系統結構（參加下頁）地面部分在應急通信時主要使用“動中通”車載便攜衛星系統，由地面衛星站、“動中通”衛星通信車及衛星便攜站組成。“動中通”衛星通信車在快速行進中，車載衛星天線始終對準地球同步通信衛星，在地球同步通信衛星與地面衛星站之間構建雙向鏈路的衛星通信，以達到實時、不間斷與其他地面站進行圖像、語音、數據的衛星通信雙向傳輸，實現對衛星實時跟蹤。同時通過靜止通信衛星，將多媒體數據連接到省廳或公安部，并通過雙向專線傳播網絡，實現雙向實時遠程監控并具有召開電視電話會議功能。地面衛星站通過北斗導航衛星通信系統與“動中通”車載衛星系統及衛星便攜站實現雙向通信。衛星便攜站是可移動的地面衛星站，由通信分系統、音視頻分系統、計算機控制分系統、供電分系統、站控分系統、輔助分系統組成。高精度的手動衛星天線拆裝簡單，對星快速，可在短時間內實現通信功能和承載業務與“動中通”車載衛星系統相同[6]。空中部分由臨近空間飛行器和各種無人偵察機攜帶通信載荷作為一個空中基站完成突發事件區域的通信小區覆蓋。突發事件區域的通信終端除了使用D2D通信之外，更多的是完成傳統的通信功能。在地面基站被摧毀的情況下，臨近空間飛行器或無人機飛上天空成為一個空中基站為突發事件區域提供通信服務。天基部分通過若干同步軌道通信與中繼衛星組成天基骨干網，完成臨近空間飛行器和各種無人偵察機與北斗衛星之間的通信，可以不依賴地面網絡獨立運行。由于短時間內無法確定突發事件區域周邊地面基站是否受損或者受損程度如何，為了避免二次災害破壞系統中的地面基站導致的應急通信系統癱瘓，臨近空間飛行器或無人機作為通信中繼站與衛星進行通信，不與災區周圍地面基站進行中繼。中繼通信分為空中中繼通信和衛星中繼通信。

空中中繼的優勢在于，多架無人機編隊飛行時，作為簇首的偵察無人機或中繼無人機通過空地信道接入地面基站網絡，或通過空天信道接入通信衛星，提供無人機業務及飛行管理。不同無人機之間可以根據通信狀況輪流作為簇首，通信中繼平臺在編隊內部選取，節約能源，提高通信質量，延長飛行時間。空中平臺中繼通信是解決惡劣地形下無線通信的一種比較理想的通信手段，可以滿足公安系統的高移動性和高數據速率。通常高空中繼平臺以衛星作為中繼站轉發微波信號，上與太空衛星，下與地面衛星接口設備、衛星控制設備以及多種無線終端構成應急通信網絡，在多個地面站和空間站之間通信，實現對地面和空間的“無縫”覆蓋[7]。高空平臺基站將無線基站安放在能長時間停留在高空的無人機上，可以實現高移動性和高數據速率。基站之間彼此通過光互連鏈路形成網絡，在其覆蓋的范圍內，采用蜂窩網結構進行通信，然后通過GSM網絡進行數據（文本、語音和多媒體等）傳輸，從而實現布有蜂窩網絡的災區與后方公安指揮中心的信息互聯互通。高空基站實現了將蜂窩基站從地面移到升空高度在幾千米之外，覆蓋范圍廣泛，響應迅速，能在應急通信車不能到達區域迅速搶通網絡[8]，能解決因道路阻塞通信車輛無法快速抵達受災區域的問題。因而，在突發公共事件后，為保證災區通信暢通，可以通過這種高空布放蜂窩基站來實現應急的通信。將天地一體化應用到公安應急通信系統中可以解決由于大規模網絡覆蓋失敗帶來的通信癱瘓問題，能提供廣泛的、穩定的通信服務。

4結束語

突發公共事件發生后可靠的應急通信系統能夠使公安指揮人員及時、準確和不間斷地了解現場情況，并快速展開應急救援。因此，公安應急通信系統對于大幅度地提高公安工作的業務水平和辦事效率、減少事件造成的人員傷亡及經濟損失具有重要意義。隨著國內遙感、北斗導航、通信衛星等天基基礎設施的高速增長，天地一體化通信網將在政策引導和新技術推動下，得以實現。本文以先進成熟的衛星通信技術作為應急的天基通信技術，以地面的“動中通”車載便攜衛星系統作為地面應急通信網絡，構建天地一體化應急通信體系，從而保證突發公共事件中的公安人員、受災人員的互聯互通，為制定應急預案提供通信保障。

參考文獻

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[8]潘青亮,林柳夢,肖攀.公安系統應急通信中混合網絡體制的設計[J].信息通信,2016(5):194-195.

作者：鄭何靜 單位：新疆阿克蘇公安局