船载动中通卫星天线系统的应用

摘 要：本文介绍了船载动中通卫星通信天线系统在实船上的应用，希望为船舶行业设计者提供一定参考。

关键词：船载动中通；卫星通信；系统简介

Application of Ship-Borne Satellite Communication System

MA GuoXia1, TAN ZhiLiang2

( 1.Guangzhou Marine Engineering Corporation, Guangzhou 510250; 2.Guangzhou Shipyard International Company Limited, Guangzhou 510382 )

Abstract: This paper introduces the application of ship-borne satellite communication in real ships and offers reference for ship designers.

Key words: Ship-borne satellite communication; Satellite communication; Brief introduction

1 概述

随着1972年卫星通信业务在我国首次应用并迅速发展，已经发展为我国当代远距离通信的支柱，卫星通信作为地面传输网络的补充，极大的增强了通信的应用范围。船载动中通卫星天线通信系统是基于卫星通信技术设计和建设，即能实现语音、视频会议、会议电话、图像传输、Internet等功能，它具有天线终端安装方便、网络组网灵活，也具有距离远、覆盖范围广、信道容量大、通信质量稳定等特点；特别为巡逻、执法、水上搜救突发性事件的处置指挥平台，提高海上工作效率，保障海上安全作业，对安全保卫等重大应急事件能提供可靠通信业务保障。

笔者结合在某50米巡逻船上使用的船载动中通卫星天线系统，该卫星天线系统具有指挥协调、能有效地保障船舶在海上的通信能力、提供船舶在海上管理水平、特别在紧急通信情况下发挥了极其重要的作用，现对船载动中通卫星天线通信系统进行简介。

2 船载动中通卫星通信拓扑结构图

与传统的卫星通信网络相比较，船载动中通卫星天线系统拓扑结构由几部分构成：卫星地面站、船载动中通卫星天线、卫星通信系统、调度指挥中心的通信专线或调度指挥中心远端卫星接收站等(图1所示)。

2.1 卫星通信线路特点

从船载动中通卫星天线通信拓扑图看，卫星通信是由二条传输方向相反的单向信道构成的双工通信线路组成，卫星通信作为空中的一个大中继站，用来接收系统中所有地面站发来的信号再传给地面站。卫星通信线路包括无线电波到基带信号在内的整条线路，即由发送端地面站(调度指挥中心卫星地面站)、上行线路(从调度指挥中心卫星天线地面站到卫星)、卫星转发器、下行线路(从卫星到调度指挥中心卫星地面站)和接收端地面站(船载动中通卫星天线)所组成的整个线路。

卫星天线与通信卫星进行通信、卫星通信与卫星地面站进行通信、卫星地面站与调度指挥中心专线或通过与调度指挥中心远端卫星站进行通信，从而实现船舶与调度指挥中心的信息网络互联，完成了船舶信息的全球程、全网的船舶安全监视与遇险可视化功能。

2.2 卫星通信业务特点

船载动中通卫星通信是通过卫星来转发信号，即可实现调度指挥中心站或远端卫星接收站或其他类型卫星站之间可建立点对点、点对多点、网状网络卫星通信网络拓扑结构和相应的空间载波配置，组成星状网、网状网等多种网络结构。以某50米巡逻船为例，根据该巡逻船只需与调度指挥中心站间进行通信，即实时召开视频会议、传真等特点需求，因此，只需建设1套船载动中通卫星通信站与调度指挥中心站系统配套，即可实现船载动中通卫星通信站与调度指挥中心站进行点对点通信，系统示意 如图2所示。

3 船载动中通卫星通信系统设计与建设

在建设船载动中通卫星通信系统时，应根据用户使用需求、工程项目、系统稳定安全保密性、经济性等方面考虑，并对系统组成的各个环节具体明确内容，进行计算和论证，还要预计未来业务发展需求，这样才能达到预定的使用效果。通常，船载动中通卫星通信系统设计前期，设计人员应了解用户需求是非常重要的，主要包括以下：

1）业务种类：语音、数据、话音、传真、图像、电视会议等。

2）网络规模：需要建站数量；各站信道；业务量大小。

3）业务量：整个系统；各个站业务量情况。

4）业务性质：以突发数据为主还是以批数据为主。

5）网络拓扑结构选择：星状网、混合网、网状网。

6）工作频段及资源：Ku频段或C频段、带宽、功率。

7）网络管理方式：分散管理或集中管理。

8）通信质量的要求：传输信号的质量、数字话音质量与话音编码方式、数码率、调制制度及输误码率、可靠要求。

9）响应时间的要求：对数据业务应答所经历的时间，话音业务传输时延。

10）用户接口需求：选用模拟或数字信号、接口标准(含物理特性、机械特性、电气特性)、接口速率、通信协议等。

11）保密通信要求：保密接口、网络密钥管理、抗干扰通信等要求。

12）天线口径、发射功率要求：天线口径和发射功率由于受限制，建站前需得到主管部门同意。

13）电磁兼容量性要求。

14）总经费的投资：包括转发器租金和维护费用等。

确定上述要求后，然后对船载动中通卫星天线系统进行全面设计，主要从以下几个方面：

1）确定关键技术指标；包含网络的响应时间或信道误比特率要求、以及系统可用度等。

2）确定业务量模型；包含各种业务忙时呼叫持续时间、平均呼叫次数、速率等。

3）确定工作频段：Ku频段或C频段。

4）确定网络拓扑结构形式：网状或星形或混合结构。

5）确定网内采用的通信协议、用户设备到卫星通信协议接口。

6）确定组网形式：采用专用网或共用网(共用网投资少)。

7）确定交换机的处理能力。

8）确定主站和卫星站配置的信道数。

9）确定信道分配制度、多地址方式：采用频分多址或单载波单路或预分配或按需分配。

10）确定内、外信道数及速率：取决网络业务量、分配方式、信道多址、与地面设备的接口速率、方式等。

11）确定拟租用的卫星G/T和EIRP值。

12）确定主站的天线口径，功放。

13）在建设站的同时用户应与有关卫星经营公司联系，避免不能入网造成不必要的损失。

4 船载动中通卫星天线系统应用

船载动中通卫星站与远端调度指挥中心间实时双向语音、图像、数据传输、视频会议等，将船载动中通卫星通信应用系统与调度指挥中心站建立系统紧密结合，即通过卫星通信系统将调度指挥中心应用延伸到海域上去，形成一个完整的调度指挥通信系统。

以某50米巡逻船为例，选配的船载动中通卫星天线通信系统设备是国内一家公司的Ku波段DTTXRX(DT-Z8)船载动中通卫星天线产品(图3所示)，船载动中通卫星天线系统主要有两组件构成：

1）甲板上设备-主要包括：三轴稳定天线基架、天线面、机械驱动馈源、Ku波段射频线缆、Ku波段BUC、GPS天线、天线罩，通常把所有必要的功能集成到天线罩里组成一个整体。

2）甲板下设备-主要包括：天线控制单元、卫星调制解调器和其他甲板下设备，将这些设备组装为一个整体，一般布置在船室内。4.1 甲板上的设备(室外设备)

船载动中通卫星天线(室外天线)与调度指挥中心站4.5 m口径天线系统配套使用，即能实现上、下行传输速率不低于2 Mbps卫星链路，能满足中国沿海通信带宽国内较小尺寸船载动中通卫星天线(总高1147 mm，总重量87 kg)，属于较合理的卫星通信链路配置。

船载动中通卫星天线系统是实现船岸较重要的组件，需保证卫星链路稳定可靠、有效跟踪卫星信号方面需考虑船舶在海域复杂航行过程中的运动特点。比如：船舶的俯仰、横滚及颠簸起伏等情况，保持与通信卫星的稳定通信。因此，船载动中通卫星天线的选择，首先要考虑在复杂的海域环境下能否保持天线的自动跟踪，保证卫星通信链路的畅通，其次是它的信道容量也就是卫星链路的带宽，然后再考虑安装、操作、维护保养情况。

4.2 甲板下设备(室内设备)

为了确保整个卫星网络传输系统的安全保密性，通常在选配复用解复用器与卫星调制器设备时增加保密装置、保密干线接口，保密支线接口，选配设备应能升级、稳定、扩充方便、互联网协议(IP)终端；若在满足低成本终端的需求，可配合L波段接口至低噪声变频器和上变频模块，是L波段卫星通信的理想选择。船载动中通卫星通信应用系统需与调度指挥中心已建的会议终端系统设备配套才能使用，通常视频会议子系统是通过卫星链路实现与调度指挥中心的实时双向视频、伴音通信，用于召开视频会议。视频会议子系统与现场图像监控子系统配合使用，组成一套船舶监控系统。下面以某50米巡逻船安装的视频监控系统的建设为例介绍如下：

4.2.1 图像监视系统

在舱外顶甲板前端安装了室外日夜型摄像机1只，船尾后端左右安装了摄像机各1只；舱外主甲板左右舷安装了摄像机各1只；在机舱安装了固定摄像机2只；可以对船上和附近海域进行全天候观察、同时可对船舶离靠码头时的辅观察、通过摄像头可以对船舶进行监视和硬盘录像，当海上监视系统与船载动中通卫星天线控制柜视频通信线连接，利用卫星IP通信链路通过该系统与调度指挥中心站高清晰大屏幕电视，随时可以监视船上及附近海域一些现场情况。

4.2.2 视频会议系统

视频监控系统作为水上监控系统的一部分，将船上实时图像、数据、通过宽带卫星传到调度指挥中心去，该船在会议室设有1台高清液晶60寸电视、2部电话、2个电话接口、1台摄像机、2个网络接口，1只功放音响、若干只喇叭、10个会议麦克风、1个无线麦克风，该系统与调度指挥中心站设备配套起来，通过卫星IP链路，即能实现船上与调度指挥中心召开视频会议；船上设的2部电话即可实现船上与调度指挥中心双向话音通话；船上局域网与调度指挥中心互联局域网即可实现船上INTERNET收发邮件以及资料查找。

4.2.2.1 会议终端设备

为解决E1、IP卫星等多种传输网络中的数据、视频等多种问题，该船选用的视频会议终端FT1000(图4所示)。该会议终端提供丰富的功能模块选配，兼容H.320&H.323协议，支持广泛的网络协议，有双路动态视频一路高清图像传送功能，是一款高性能、高清晰的会议终端，利用IP卫星通信链路即能实现视频会议、远程卫星图像传输系统、使其成为应急调度指挥监控系统的首选设备。

4.2.2.2 会议室音响系统

在船上会议室安装的音响功放、喇叭直接决定整个会议室音质效果，会议室音响系统建议由专业音响公司设计，合理选择会议音响功放、喇叭的数量以及船上具体安装位置。

4.2.2.3 会议室摄像头系统

为解决会议室高质量拍摄效果、通常在会议室选配带有云台高速旋转，自动变倍、聚焦、方位、亮度，并能认识被摄物体，具有自动跟踪和动态检测功能摄像机，对面积较大的会议室可适当或配多只摄像机。

4.2.3 卫星电视系统

为在航行过程中丰富船员文化生活，在每台电视机前加装设一个卫星电视机顶盒，与该Ku波段DTTXRX(DT-Z8)船载动中通卫星天线配合起来，通过卫星即可收看多套卫星电视节目。

5 结束语

随着卫星通信的飞速发展和针对动中通卫星天线不同类型的产品，在建设或选择船载动中通卫星天线系统时，设计人员应根据用户需求、设备扩展能力、网络控制能力、安全稳定可靠性、经济性、设备的安装、厂家的技术力量、售后服务等综合要素去选择。

船载动中通卫星天线系统对实现船舶在海上维权、执法、重大突发事件以及人命与财产的安全更能展示出应急领域信息化、自动化的重要性。

参考文献

[1] 王丽娜, 王兵, 周贤伟, 黄旗明, 卫星通信系统, 国防工业出版社, 2009, 3

[2] 林华, 韩伟, 船载卫星通信系统-解决方案, 中国海事, 2010, 2

[3] 苏一丹, 基于BGNA多媒体信息传输在船舶上的应用, 广东造船, 2011, 4