低极轨卫星搜救系统.pdf

收稿日期: 2005 - 04 - 07; 收修改稿日期: 2005 - 06 - 20低极轨卫星搜救系统邱洪云 龙新光(重庆通信学院,重庆400035)摘 要 文章主要介绍了全球海上遇险与安全系统(G MDSS) ,重点介绍低极轨卫星搜救系统组成、 功能及其性能参数主题词 卫星通信 极轨道卫星 搜救系统 应急生命维持系统1 引 言考斯帕 2 塞萨特卫星系统(Cospas Sarsat)是一个低极轨卫星搜救系统,是G MDSS系统(全球海上遇险与安全系统)的重要组成部分,是建立在先进的卫星通信技术、 现代数字处理技术和计算机技术基础上的通信信息系统,目的是提供一个有助于海上航行安全的全球性通信网,以最大限度地保障海上生命与财产的安全2 G MDSS系统简介G MDSS系统主要由卫星通信设备 —I NMARSAT移动卫星通信系统和COSPAS/SARSAT(极轨道卫星搜救系统)、 地面无线电通信分设备(即海岸电台)及海上安全信息播发设备等部分构成,如图1所示G MDSS系统主要实现全球遇险报警和全球卫星通信一旦船舶遇突发海事,只需按一个“ 遇险 ”按钮,遇险报警系统即开始工作,所有关于事故的发生、 位置及识别标志等数据将自动地以每4分钟一次重复发射,直至给予收妥承认,遇险呼叫才会终止。

一旦人员落水或船舶沉没,自浮应急无线电示位标就会自动启动,将导航数据迅速发出;救生设备上的雷达应答器也不停地对船载、 机载雷达发出响应,以便引导搜救船舶、 飞机迅速驶向遇险者报警信号由通信系统传递极轨道卫星系统传递从遇险船舶的卫星船站或应急无线电示位标发出的遇险报警信息、 数据,并为遇险船舶精确定位I NMARSAT提供的静止卫星通信系统承担船至岸和岸至船2个传输方向的通信,每颗卫星可同时开通400条话路或数千条报路,可向船舶提供全方位遇险报警和通信(包括语言、 电传、 数据及的传送)与此同时,遇险船舶的MF、HF和HF数字选呼系统能呼叫船台和岸台,有效报警距离可达320km～1 280km,超出这一距离的报警信号的船台、 岸台自动接力转发;而负责应答的海岸电台,则给遇险船发出的遇险报警予以收妥承认,并将接收到的遇险报警信号经数据交换后立即接通到搜救协调中心(RCC) , RCC立即配给卫星通道,向遇险船附近的所有船舶转发遇险报警,并将遇险报警优先转发给救援机关这样,不论遇难船处在任何海区位置,都能在最短的时间内进行搜寻救助[1 ]I NMARSAT卫星通信系统主要由3个部分组成:空间段、 地面站(LES)和移动终端(MES) ,在此不做描述。

利用不间断可视地球全表面的I NMARSAT2、3、4三代GEO卫星,消除了利用极轨道卫星312006年第2期空间电子技术SPACE ELECTRON I C TECHNOLO GY的内在延迟I NMARSAT卫星L频段应急示位标采用1 644. 3MHz～1 646. 5MHz频率, FSK调制方 式,NRZ码型,发射功率为1W遇险信息按预先规定的间隔自动重发,包括船舶识别信号和位置等图1 G MDSS基本组成2005年3月, I NMARSAT成功发射了第一颗I NMARSAT24卫星,重约6 000kg,由欧洲Astrium公 司制造,采用Eurostar E3000卫星平台,卫星总功率约14kW,是目前体积最大、 功能最强大的商业卫星之一,定位于64°E(第二颗卫星将定位于53°W大西洋上空) ,为移动用户传输与3G兼容的宽带数 据服务与I NMARSAT23相比, I NMARSAT24移动链接EIRP将达到67dBW,功能将增强60倍,容量 也大20倍,它使移动卫星通信服务的宽带数据速率达到432kbit/s3 低极轨卫星搜救系统低极轨卫星搜救系统也称为考斯帕 2 塞萨特卫星系统(Cospas Sarsat) ,用来完成对遇险报警信号 搜救任务。

这里的Cospas是指由俄罗斯参与的卫星所携带的有效载荷,而Sarsat是指由美国国家海 洋与大气管理局(NOAA)卫星所携带的有效载荷该系统是20世纪80年代初开始建设的采用低 极轨卫星系统主要是增加检测应急通信信号的机会和加快对求助服务的反应速度俄罗斯卫星的主要任务是搜索和救助,共有3颗,运行在1 000km的轨道高度,倾角i=83°,运行 周期106min;而NOAA卫星主要是气象卫星,共有4颗,工作在太阳同步轨道,近似于圆形,装有完成 卫星搜救任务的有效载荷,卫星运行轨高800km～900km,早晨轨高833km,下午轨高为870km,i=99°,每102min运行一周(参见表1)这两种卫星配合使用,可使每次卫星观测地球整个表面的时间 不超过3h 除了卫星搜救(SAR)的有效载荷外,还有飞机用的单个应急定位发射机和船舶用的应急无线电示位标、 地面接收站(称作本地用户终端LUT)及任务控制中心MCC应急发射机和示位标信号由卫 星接收、 处理并重新发给它能“ 看 ” 到的LUTLUT利用接收的信号计算出事故地点的位置,然后将 它传给一个MCC,再由该中心选定并通知最合适的RCC41空间电子技术 2006年第2期表1 Sarsat的Tiros2N系列轨道参数[2]特征参数833km轨道870km轨道倾角i98. 739°980. 899°交点周期101. 58min102. 37min交点回归25. 40°/圈(向西)25. 59°/圈(向西)交点进动0. 986°/天(向东)0. 986°/天(向东)每天的轨道圈数14. 1814. 07(1)应急定位发射机和应急无线电示位标:这是两种轻型发射机,包括有稳定的频率源、 调制器、 射频放大器、 全自动天线和在- 20°C下至少供电24h的电源。

发射机在2个频率(f1=121. 5MHz,f2= 406MHz)上发射信号,f1是卫星系统启用前的遇险频率,f2则被利用来由卫星系统提供的通信能 力与f1相比,f2定位精度高(3km～5km) ,功率输出5W,采用PM调制,且信号是以短脉冲形式发送的[1 ]示位标信号中包括用户名称、 国籍和类型(海上、 航空和陆用)等信息卫星接收到f2信号经处理后重新发播,被一个LUT接收,此LUT也可将信号存储起来并发给另外的LUT这个存储和转 发能力表明,卫星搜救系统能满足真正的全球通信覆盖 每种类型的卫星有效载荷均以同样方式处理输入信息接收到的121. 5MHz信号被立即转发给 覆盖区内的LUT, 406MHz信号处理后获取遇险的发射机识别信息,并可测量其多普勒频率和接收时 间,计算其位置,并将信息用f1频率实时重发2)LUT:LUT是用来接收卫星发送的数据并将其处理以得到遇险呼叫地点的地球站该位置信息通过MCC传到处于最适宜处理该遇险事件的RCC 示位标的位置计算以多普勒效应为基础示位标在地球表面上静止不动,用准确的f1或f2频率 发射信号,通过其上空的卫星收到的信号略高于或低于f1或f2数值,这取决于卫星是飞向还是飞离 该示位标位置,在卫星最接近示位标的瞬间,两者数值相同。

已知卫星的轨道参数、 信标频率和任何连续两次过境的多普勒频率,就可以确定示位标与该轨道在地球上投影的距离,并解决东边或西边位 置不定的问题4 低极轨卫星搜救系统在我国的应用[3]1992年我国开始规划建设G MDSSG MDSS系统实施后,在我国北京海事卫星地面站岸站的有 效覆盖范围内,船舶遇险报警通信成功率达到99%以上;在低极轨卫星搜救系统的有效覆盖范围内 成功率达到90%以上我国的Cospas/Sarsat系统选用国际上先进的数据处理设备 — — —HP29000系列工作站LUT采用冗余备份系统,可以分别同时跟踪飞过的两颗卫星当搜救卫星通过北京LUT 的共视区时, LUT天线会锁定与跟踪卫星,并由几个数据信号处理器(DSP)对卫星下行信号中的121. 5MHz、243MHz、406MHz信号进行实时处理或对406MHz信号进行延时处理MCC采用一主一 备两台高性能HP29000系列服务器,通过专用的通信接口与国际MCC通信网络相联接5 结束语卫星网络是未来全球宽带电信网络的组成部分信息卫星与地面网络相结合,能对未来全球网 络中的所有用户提供所需重要信息卫星在多种轨道中提供通信,使人们之间进行有效的沟通联络,(下转第28页)512006年第2期 邱洪云等:低极轨卫星搜救系统阶累积量的抑噪性就越好,从而检测效果就越好;然而当信噪比低到一定程度时,再增加数据长度,也 就没有太多的帮助了。

而且利用该方法检测时,无论采用何种扩频方式,各项参数如何设定,载频的检测只与截取信号中载频周期的个数有关;码片速率的检测也只与数据段中码片的个数有关;而对于 码元周期的检测也只与码元的个数有关参考文献1 郭 伟,余敬东.一种直扩信号相关检测方法.信号处理. Vol . 14,No. 2, June 19982 Giacinto G, Izzo L, Paura L.Cyclostationarity2based signal detection and source location in non2gaussian noise.IEEETrans . Commun. , 1996,Vol . 44: 368～3763 陈 旗,董天宝,陈鹏举.软件无线电侦察系统中的信号处理技术.航空电子技术. 2003, 34 (4)4 沈振惠.基于四阶累积量的直接序列扩频信号多参数估计.南通工学院学报. Dec. 2004作者简介 韩高莉 1980年生, 2003年获西安电子科技大学测控专业学士学位,现为西安电子科技大学通信与信息系统专业硕士研究生主要研究方向为通信信号处理与卫星通信 田红心 1968年生, 1990年和1997年分别获得西安电子科技大学学士和硕士学位,现为西安电 子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室副教授,硕士生导师。

目前从事卫星通信和 通信信号处理领域的教学和科研工作上接第15页)包括、 电视广播、 数据接收与分发、 直播电视、 灾害预警、 救生探险、 游牧旅游、 气象监测、 航空器跟 踪和指令、 星间链路、 互联网接入、 数据采集、 定位和定时、 动目标跟踪等另外,卫星通信是进行信息 战的重要组成部分,是取得信息优势的重要途径目前约有60%的美军卫星通信业务是由商业卫星 系统支持的为了满足信息战的需要,应该以较低的成本为代价21世纪的国防建设更加依赖全球 卫星通信、 监视、 预警、 气象和导航等功能只有这些航天能力,才能将广泛散布的武器平台和部队的 作用集成起来,提供战场的主宰感知,进行精确打击,赢得胜利参考文献1 Brendan GallagherNeverBeyond Reach I NMARSAT 19892 Dennis Roddy . Satellite communication. Copyright○C2001 by theMcGraw2Hill Companies, Inc.3 马进华. G MDSS在中国的发展及应用.世界电信网络. 2002. 11作者简介 邱洪云 1963年生,毕业于南京解放军通信工程学院、 重庆大学并获学士、 硕士学位,现任重庆 通信学院教授。

中国通信学会、 中国电子学会高级会员;先后获委部级科技进步一等奖1项、 三等奖3项;主编3本通信类高校教材计120万字,发表论文40余篇主要感兴趣领域:卫星测控通信及GPS、 高频通信龙新光 重庆通信学院讲师,硕士,获部级电子教材一、 二等奖2项,主编高等学校教材3部,发 表论文20余篇主要研究方向:多媒体技术、 数据压缩、 数字电视82空间电子技术 2006年第2期。