卫星通信在马航搜救中的应用

摘 要：2014年3月8日马航MH370失踪的悲剧引起了人们深刻的反思，马航的搜救为何如此困难？我们都知道，当飞机在天上时，还能通过雷达来进行搜寻，但若是飞机已经坠毁，雷达自然不可能发现飞机的踪迹。一般来说，海上搜救的主力是舰船，但姑且不论大面积的撒网搜救需要可观的财力物力，在搜救过程中更会遇到重重困难，从海下看，热带海域海水下有热带环流，对于搜救是不利的；从海面看，常有大风大浪，甚至是9级以上风浪，这样的情况，对于海上军舰搜救更是巨大的阻碍。马航的搜救便如同大海捞针一般困难。然而，卫星不但搜索面积广，而且自然环境的因素对卫星的搜救尤其是遥感卫星的影响相对较小，同时现在全球有1100颗人造卫星在不同轨道中运行，调用很方便，效率高等多方面有事。因此，卫星通信在马航的搜救中起到了至关中要的作用。

关键词：卫星通信；搜救；马航

中图分类号：TN927.2

1 卫星通信系统的基本概念

卫星通信系统是卫星通信是地球上多个地球站（包括陆地、水面和大气层）利用空中人造通信卫星作为中继站而进行的无线电通信。人造卫星按轨道可分为三种类型：低轨道卫星（

2 卫星通信系统的特点

20世纪90年代中后期，在数字技术发展的推动下，卫星通信技术也得到了迅速的发展。与其他通信技术相比，卫星通信有着与众不同的特点：

2.1 通信距离远，切通信费与距离无关

卫星就是利用距地球三万六千公里的高空的人造卫星作为中继站的一种通信形式。由此可知，卫星的通信的距离很远，但是其总通信成本却相对低廉，所耗资金少，并且随着卫星通信技术的设计和工艺的发展，成本将会进一步降低。

2.2 覆盖面积巨大

一颗同步卫星就能覆盖约地球面积的三分之一，三颗同步卫星就能将除南北极以外的地区全部覆盖到，覆盖面积相当于三百多个微波中继站，在海、陆、空三个领域的车、船、飞机等移动通信中也在逐步发展，并且将是我们今后研究的方向。中低轨道通信卫星的系统解决了个人手机移动通信，较著名的“依星”系统、“全球星系统”等。这些系统用十几颗中低轨道卫星把整个地球表面覆盖起来，就像是挂在天上的蜂窝移动通信系统，但是每颗卫星的覆盖面积要比地面蜂窝移动通信小区系统的一个基站要大的多，并且无论是人烟稀少的山区、海洋或是沙漠、海岛，都能覆盖到，这一特点使卫星成为海上搜救必不可少的方法。

2.3 通信频道宽，传输容量大

卫星通信工作再微波频段，可利用的频率带宽达到500MHZ以上。一颗人造卫星，可携带几个到十个转发器可供几路电视如果用上频分多址、时分多址以及码分多址等接入方式，就能达到成千上万路电话的使用。一颗人造卫星，可携带几个到十个转发器可供几路电视。

2.4 机动灵活，适应性强

地球站的建立很灵活，在各种环境的条件下都能建立。卫星的数据传输同样也很灵活，它既可以实现陆地上两点间的通信，也能实现船与船、船与陆地、空中与陆地之间的通信，由此形成了一个多点、多方向的立体通信网络。

2.5 通信质量好、可靠性高

卫星通信电磁波的传播主要在接近真空的外层空间传输，并且转发数量少，因此噪声影响小。对于极其恶劣的天气状况例如暴雨、冰雹、暴雪等，现阶段的卫星通信使用了KU波段和高功率卫星进行传输，相较于传统的C波段，这种技术使其抗天气干扰能力大大的提升了，这样就保证了数据传输的稳定性和可靠性。

3 卫星通信在马航搜救中的具体应用及成效

首先了解一下一般民用飞机的通信手段。一般的飞机上都装有三部甚高频（VHF）电台、两步高频（HF）电台、和一部卫星通信系统（SATCOM）。甚高频VHF的频段为118至135.975MHZ，间隔25KHZ，视距：

无线电波发射到地面接收机，为近距离通信。

高频通信的频段为3至30MHZ，间隔1KHZ，传播方式为空间波和地面波。通过飞机上的发射机将无线电波发射到电离层再反射到地面接收机。由于HF通信质量较低等缺陷，仅作为辅助。

在飞机的飞行过程中，飞机通信寻址与报告系统（ACARS）通过VHF以报文的形式发送给地面工作站，在传送到地面指定的数据控制中心（CPS），由CPS将数据传送至指定航空公司或ACARS地面工作站，地面工作站同时也可以向飞机发信号和数据。ACARS的主要功能之一就是在飞机移动过程中进行链路建立、维护和断链。因此在飞机上VHF电台超出与地面工作站通信距离或者出现故障时，ACARS的数据就会自动通过卫星通信系统传输。因此，即使飞机上种种通讯设备都停止工作了，卫星数据链接仍然存在。飞机会自动发出信号，但不携带ACARS的数据，只是发出ping信号，即所谓脉冲信号。英国卫星公司Inmarsat就是基于这一数据进行分析从而得出的猜想。

卫星接收到从飞机上每隔一小时发来的脉冲信号（ping），依据这些信号从飞机传回卫星的仰角和时间，我们可以大致推知飞机飞行的时间和轨迹。飞机上天线的仰角，即为在接收点处，接收点与卫星之间的连线和水平面的夹角。天线仰角计算公式：

式中，θ为接收点地理纬度，φ为接收点地理经度，φ*为星下点的地理经度，R为地球半径，h为卫星高度。由其公式可知，在已知卫星同步轨道半径与天线仰角的条件下，我们就可以推出接收点（发送点）的地理的经纬度。但如果接收或发射点的波源变成运动的物体，这个公式算出来的答案就不正确了。由于移动卫星通信的信道是时变信道，其特性相对复杂、不易分析，存在多径衰落、多普勒效应等干扰。然而国际海事卫星组织就是通过分析多普勒效应来估测马航的航线和方向的。多普勒效应是波源和观察者有相对运动时，观察者接受到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象，即当波源背离观察者远去时，接收到的波频率小于波源实际频率，当波源朝着观察者运动时，接收到的波频率大于波源实际频率。多普勒的频移可按如下公式计算：

式中，f0是实际工作频率，v是波源与观察者的相对速度，c为光速3×108m/s。由于卫星和飞机之间存在相对运动，卫星接收的脉冲信号由于多普勒效应产生了微小变化，是我们分析飞机去向的关键。若飞机沿着某一方向（假设不折返）先是离卫星越来越近，然后离卫星越来越远，这样就导致接受的信号先朝着高频移动然后向低频，这也叫信号的扩张和压缩，通过飞机距离卫星所处64.5度的纬度位置的远近，来获知在十亿分之一秒单位下，信号是被压缩，还是扩张了。卫星每收到一次ping，就需要对其进行一次计算，由此判断飞机方向和飞行时间。

4 结束语

尽管卫星通信在马航的搜救过程中仍然有一些不足，例如由于马航未购买ACARS系统，因此卫星无法获知飞机具体的飞行状态；对卫星通信获得的数据分析还不够成熟等，但是我们不得不承认，卫星通信在搜寻马航过程中不可代替的作用。随着民航航空越来越普及，航空通信系统与卫星通信的数据链路应用将会越来越广泛，人们对卫星通信的期望也会越来越高。我国民用飞机的自助研制刚刚起步，这一块相对薄弱。因此在我国大力研发民用航空的背景下，深入研究卫星通信技术在航空通信系统中的应用对我国民用航空产业发展有着重大的意义。

参考文献：

[1]郭庆.卫星通信系统[M].北京：电子工业出版社，2010.

[2]陈晖.卫星通信发展及特点研究[J].科技资讯，2008（32）.

作者简介：黄哲怡（1993-），女，四川人，本科，研究方向：移动通信。

作者单位：中国传媒大学，北京 100024