天地一体化应急通信系统的构建范文

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摘要:目前，公安应急通信系统面临的主要问题是如何避免突发事件情况下应急通信中断和瘫痪问题。随着航天航空技术的发展，以及空间网络在应急通信和军事通信中的发展优势，具有强大信息支持能力的天地一体化网络逐渐成为公安部门解决应急通信问题的一个重要手段。文章采用先进成熟的北斗通信技术和“动中通”车载便携卫星系统，构建天地一体化应急通信体系，从而保证公安人员在处理突发事件时互联互通，及时制定应急预案。

关键词:公安系统；天地一体化；应急通信；卫星通信

0引言

在我国经济和科技高速发展的情况下，传统应急通信系统已不能满足新形势下公安部门对突发事件实时性、精控性的应急指挥要求。公安应急通信作为公安应急指挥工作的重要内容，不仅是当前通信领域关注的问题，而且越来越受到政府、公安部门的高度重视。目前国内公安应急通信的建设和利用已有了长足的发展，卫星、微波、短波、计算机通信、移动通信等系统和设施均在此领域使用，但面对实战需求还存在一些问题，特别是如何避免突发事件情况下应急通信中断和瘫痪问题。因此，迫切需要采取一定的技术，有效地解决公安部门在全面应对突发事件活动中所遇到的通信问题。随着航天航空技术的发展，以及空间网络在应急通信和军事通信中的发展优势，具有强大信息支持能力的天地一体化网络逐渐成为公安部门解决应急通信问题的一个重要手段，也是我国公安体系应急指挥发展的一个重要方向。

1公安应急通信系统

公安应急通信系统是指公安部门在应对突发事件时用于应急指挥的通信系统。由于突发事件具有时间、地点和环境等的不确定性，通信要求容量也不确定，因而，应急通信网络要有高度的机动性和灵活性，能适合恶劣环境并具有很强的抗水抗干扰能力。与日常通信系统的主要区别体现在四个方面：（1）在组网能力上，应急系统采用自组网，具有自动路由选择、系统参数无线下载等，并能与其他部门的应急通信系统实现互联互通；日常系统采用固定网络拓扑。（2）在频率使用上，应急通信很难确定，公安应急通信系统应具有频率感知能力；日常系统只需提前规划，不经常更换。（3）在基站链路方面，应急通信以无线通信为主，有线通信为辅；日常系统则相反，以有线通信为主，无线通信为辅。（4）在供电方式方面，应急通信以大容量移动电源为主；日常系统以市电为主、电池为辅。公安应急通信网的主要业务包括：现场受灾情况图象和数据采集、GPS定位、保密通讯、语音调度、多媒体数据转播，并具备应有的特殊功能，如在一些突发事件现场，特别是与反恐有关的突发事件现场，要屏蔽外界通信干扰并确保警员之间的安全可靠通信。目前，公安部门在应急通信指挥保障工作时，现有的公安应急通信系统还存在一些问题[1]。多种应急通信系统之间因缺少协调性，导致跨行业间及公安系统部门之间缺乏互联互通能力，不利于部门联动和统一协调指挥；重大公共安全事发场所，可能由于基站受损造成通信能力大幅下降，甚至会导致通信的中断和瘫痪；重大突发事件发生现场由于通信资源受限，信息传输的实时性很难得到保证。因此，发展基于天地一体化的公安应急通信系统很有必要。公安领域的应急通信系统主要以应急平,台为核心，利用不同的接口协议将卫星通信系统、导航定位系统、GIS系统和遥感监测系统等融合为一个完善合理的应急体系。

2天地一体化通信网络

天地一体化通信网络利用互联网技术，以地面通信网络为基础、以空间通信网络为延伸，实现互联网、移动通信网络、空间通信网络的互联互通，覆盖海、陆、空自然空间，为海基、陆基、空基和天基各类用户的活动提供信息保障。天地一体化通信网络从物理形态上可分为空间通信网络和地面通信网络[2]，空间通信网络包括天基和空基通信网络及其所有的航天器，天基通信网络由高空通信卫星、信息获取卫星及导航卫星组成；空基通信网络主要包含利用临近空间飞行器和各种无人侦察机等。地面通信网络主要是指陆基通信网络，有地面互联网、移动通信网络组成的主干网络和用户接入网[3]天基通信网络、空基通信网络和陆基通信网络可以独立工作也可以相互联通，构成分层网络结构，确保通信畅通;在陆基通信网络中，节点可采用典型的网状型网络结构互联，也可通过天基网络节点实现远程中继，使区域覆盖网络接入骨干交换网[4]。天地一体化通信网络结构如图1所示图1天地一体化通信网络结构(参见右栏)高空通信卫星有高中低轨道，面对不同任务的卫星。随着地面移动通信的发展，GEO高轨通信卫星逐步成为空间通信网络天基骨干网，提供覆盖全球的高速数据传输服务。天基骨干网采用空间激光通信辅助传统微波通信实现空间组网，提供100Gb/s量级的通信容量，具备空间网络拓扑抗毁重构能力[5]。同时，地面关口站形成空间通信网络地基骨干网。空间通信网络通过这种双骨干方式，为空中各种物理网络提供灵活有效的互联。同时，通过设立多个国际级天地一体化网络互连节点，采用具备星第、星间通信能力的空间移动通信系统作为高数据率传输的主干网，各类卫星、地面固定、车载等应用子网接入的方式，以避免地面庞大的路由信息对空间网络的冲击，以及屏蔽空间通信网络动态性所可能带来的地面网络路由震荡，实现空间网络、地面互联网、移动通信网的互联互通。天地一体化通信网络建设的最终目标也就是实现多种功能平台之间的数据融合与信息共享，并通过将用户、应用控制资源整合成一个有机整体，实现信息共享和统筹建设，以提高通信的容量和时效性，增强通信网络的可靠性和抗衰断性。

3天地一体化公安应急通信系统的构建

本文提出的天地一体化公安应急通信系统是利用卫星传输系统不受地理条件限制的特点，在突发事件场所地面传输线路一时难以恢复的情况下，使用“动中通”车载便携卫星系统，快速建立临时卫星传输通道，连接应急通信车载基站系统或当地传输阻断的移动基站系统，架起公安应急指挥通信网。系统结构如图2所示，分为地面部分、空中部分和卫星部分。图2天地一体化公安应急通信系统结构（参加下页）地面部分在应急通信时主要使用“动中通”车载便携卫星系统，由地面卫星站、“动中通”卫星通信车及卫星便携站组成。“动中通”卫星通信车在快速行进中，车载卫星天线始终对准地球同步通信卫星，在地球同步通信卫星与地面卫星站之间构建双向链路的卫星通信，以达到实时、不间断与其他地面站进行图像、语音、数据的卫星通信双向传输，实现对卫星实时跟踪。同时通过静止通信卫星，将多媒体数据连接到省厅或公安部，并通过双向专线传播网络，实现双向实时远程监控并具有召开电视电话会议功能。地面卫星站通过北斗导航卫星通信系统与“动中通”车载卫星系统及卫星便携站实现双向通信。卫星便携站是可移动的地面卫星站，由通信分系统、音视频分系统、计算机控制分系统、供电分系统、站控分系统、辅助分系统组成。高精度的手动卫星天线拆装简单，对星快速，可在短时间内实现通信功能和承载业务与“动中通”车载卫星系统相同[6]。空中部分由临近空间飞行器和各种无人侦察机携带通信载荷作为一个空中基站完成突发事件区域的通信小区覆盖。突发事件区域的通信终端除了使用D2D通信之外，更多的是完成传统的通信功能。在地面基站被摧毁的情况下，临近空间飞行器或无人机飞上天空成为一个空中基站为突发事件区域提供通信服务。天基部分通过若干同步轨道通信与中继卫星组成天基骨干网，完成临近空间飞行器和各种无人侦察机与北斗卫星之间的通信，可以不依赖地面网络独立运行。由于短时间内无法确定突发事件区域周边地面基站是否受损或者受损程度如何，为了避免二次灾害破坏系统中的地面基站导致的应急通信系统瘫痪，临近空间飞行器或无人机作为通信中继站与卫星进行通信，不与灾区周围地面基站进行中继。中继通信分为空中中继通信和卫星中继通信。

空中中继的优势在于，多架无人机编队飞行时，作为簇首的侦察无人机或中继无人机通过空地信道接入地面基站网络，或通过空天信道接入通信卫星，提供无人机业务及飞行管理。不同无人机之间可以根据通信状况轮流作为簇首，通信中继平台在编队内部选取，节约能源，提高通信质量，延长飞行时间。空中平台中继通信是解决恶劣地形下无线通信的一种比较理想的通信手段，可以满足公安系统的高移动性和高数据速率。通常高空中继平台以卫星作为中继站转发微波信号，上与太空卫星，下与地面卫星接口设备、卫星控制设备以及多种无线终端构成应急通信网络，在多个地面站和空间站之间通信，实现对地面和空间的“无缝”覆盖[7]。高空平台基站将无线基站安放在能长时间停留在高空的无人机上，可以实现高移动性和高数据速率。基站之间彼此通过光互连链路形成网络，在其覆盖的范围内，采用蜂窝网结构进行通信，然后通过GSM网络进行数据（文本、语音和多媒体等）传输，从而实现布有蜂窝网络的灾区与后方公安指挥中心的信息互联互通。高空基站实现了将蜂窝基站从地面移到升空高度在几千米之外，覆盖范围广泛，响应迅速，能在应急通信车不能到达区域迅速抢通网络[8]，能解决因道路阻塞通信车辆无法快速抵达受灾区域的问题。因而，在突发公共事件后，为保证灾区通信畅通，可以通过这种高空布放蜂窝基站来实现应急的通信。将天地一体化应用到公安应急通信系统中可以解决由于大规模网络覆盖失败带来的通信瘫痪问题，能提供广泛的、稳定的通信服务。

4结束语

突发公共事件发生后可靠的应急通信系统能够使公安指挥人员及时、准确和不间断地了解现场情况，并快速展开应急救援。因此，公安应急通信系统对于大幅度地提高公安工作的业务水平和办事效率、减少事件造成的人员伤亡及经济损失具有重要意义。随着国内遥感、北斗导航、通信卫星等天基基础设施的高速增长，天地一体化通信网将在政策引导和新技术推动下，得以实现。本文以先进成熟的卫星通信技术作为应急的天基通信技术，以地面的“动中通”车载便携卫星系统作为地面应急通信网络，构建天地一体化应急通信体系，从而保证突发公共事件中的公安人员、受灾人员的互联互通，为制定应急预案提供通信保障。

参考文献

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[2]张杰,郁小松.天地一体化网络中卫星通信港控制架构与路由技术研究[J].无线电通信技术,2017,43(2):1-5.

[3]胡源,姜会林,丁莹,等.天地一体化信息网络国外发展现状与趋势[C]//全国通信与信息技术学术年会.2013.

[4]李文峰,成丹.电梯无线应急通信系统主机的设计与实现[J].电子技术,2013(6):55-58.

[5]李贺武,吴茜,徐恪,等.天地一体化网络研究进展与趋势[J].科技导报,2016,34(14):95-106.

[7]闵士权.我国天地一体化综合信息网络构想[J].卫星应用,2016(1):27-37.

[8]潘青亮,林柳梦,肖攀.公安系统应急通信中混合网络体制的设计[J].信息通信,2016(5):194-195.

作者：郑何静 单位：新疆阿克苏公安局