小型卫星通信车的设计

摘　要：本文给出了小型卫星通信车的具体设计方案和验收要点。

关键词：应急通信；车载；VSAT系统
1、引言
　　自1875年6月2日电话诞生以来，通信一直对整个社会进步起着举足轻重的地位，电话、电子邮件等通信手段已经成为人们日常生活不可缺少的组成部分。在出现自然灾害、突发事件等各类紧急情况后，政府和公民对通信的依赖程度更加明显，需要利用各类通信手段通报险情、指挥救援、实施紧急救助等。一个快速响应、全面高效的应急通信系统将是降低灾害损失的决定性因素。在5.12大地震中就能深刻的体会到这一点。由于灾难的不可预测性，如何能够做到未雨绸缪，以及能够在紧急情况下，迅速提供通信业务一直是人们关注的焦点。谁来为我们提供服务？应急通信车就是这一使命的承担者。应急通信车在洪水、地震等自然灾害发生使地面通信线路中断时，能够快速组网，恢复通信，为保持信息通畅发挥重要作用；也可为现有通信网的改造、延伸提供临时支撑和补充，或应用于电信网络资源整合管理工作；在网络盲点和网络热点地区，应急通信车被用作临时的BTS；在举行重要活动的时候以及在一些边远地区BTS出现故障的时候，应急通信车也能在最短的时间内恢复通信。应急通信车具有随机性、不确定性、紧急性、灵活性、安全性等特点。建立一套不依赖于地面固定网络的应急移动通信系统，满足一区域范围内移动通信终端的接入和通信，实现终端的语音、数据、图像等多媒体通信应用。下面给出了小型卫星通信车的具体设计方案和验收要点。
　　2、应急卫星通信车设计
　　应急卫星通信车组成：车载系统、车辆箱体、平衡系统、电源系统、空调系统、升降系统、防雷接地系统、VAST子系统、基站子系统等。

图1
　　2.1、车载系统
　　对具备基本载荷和通行能力的车辆进行改装；根据设备的重力分布，对底盘受力进行分析，并进行加固处理；加装箱体，并进行减振处理；设备安装稳固，易拆卸。
　　2.2、车辆底盘、箱体
　　车辆底盘的选择应该根据车辆的载荷来确定，车辆的实际载重量应不超过总载重量的80%。国内目前较多采用的有VOLVO、HINO、FORD、BENZ 等卡车底盘。虽然国内有很多的汽车改装厂家，但各家所采用的厢体制作技术并不相同。
　　底盘采用槽钢焊接制成，在安装设备的位置加钢板做预埋，保证强度安全。底板用20MM厚胶合板铺设, 板表面用2MM花纹铝板盖面。
　　车厢厢体采用固架双层结构，外壁蒙板1.5MM铝板，内壁蒙板1.2MM铝板，壁厚50MM，壁中内夹保温和阻燃材料。
　　采用钢制骨架铝蒙皮，具有骨架强度大，重量轻、表面平整度好，防腐性能优异等特点。
　　小型车可以采用长丰汽车生产的丰田帕杰罗，它车型成熟，越野性能好，价格适中。基本指标如下：
　　（1）发动机：3.0升24气门V6/ECL-MULTI；
　　（2）驱动：4轮驱动；
　　（3）外形尺寸：4830*1885*1855；
　　（4）车重2.060吨 。
　　2.3、平衡支撑系统
　　应急车所处环境非常复杂，许多场合下不一定保证提供平整的工作场地，而且轮胎是一种弹性较大的物体，不利于保持稳定，所以要保证设备运行时厢体的稳定，就得减轻对轮胎的压力。通过车上的水平仪和液压控制系统，通过调节支撑脚的高度来使厢体达到平衡。采用液压系统实现平衡支撑，在车体固定后利用液压泵驱动液压支撑杆实现车体的平衡支撑。
 
  图2
　2.4电源系统

图3
　　电源系统的功率设计：
　　(1)单RRU，基站功率<300W
　　(2)采用额定功率1000W的发电机
　　(3)采用48V200AH的蓄电池组
　　(4)按铅酸蓄电池的能量密度，约合重量0.24 吨
　　(5)按80% 的循环深度，可持续供电12 小时
  2.5、空调系统
 
  图4
　　2.6、升降系统
　　为了获得较大的应用范围，需将天线升至合适的高度，采用微波接力通信时，也需要将微波天线上升至合适高度，基站天线安装在升降系统上，位于车厢后半部，使用时升至合适高度即可使用天线馈线绕在绞盘上，利用绞盘实现馈线的收放。
　　2.7、防雷接地系统
　　(1)联合接地
　　当车辆能够就近与大楼的地网连接且地阻值小于5Ω时，这时可以采用联合接地方式，即将几个连接在一起后与大楼的地网连接；
　　(2)分别接地
　　附近没有符合要求的地网，这时可以采用分开接地这种方式，即工作地、保护地、防雷地和电源的零线分别通过一个接地桩接地，这时要求每两个接地桩之间有5m 以上的间隔。这种情况下一般要求每个接地体的地阻小于20 Ω。
　　2.8、基站子系统
    (1)采用中兴的BBU+RRU方案，以提高系统的灵活性；
    (2)可采用单个RRU和单扇区；
    (3)单BBU
      尺寸：197× 482.6 × 88.4
      重量：10Kg
      功率：80W
　　(4)单RRU
　　　尺寸：172× 320 × 370
　　　重量：16.5Kg
　　　功率：180W
　　(5)总功率260W，重量26.5公斤
　　2.9 VSAT系统
　　小型车主要用于各省应急通讯，在需要支援的情况下，可调配去其它省应急通信使用。小型车的VAST子系统具有数据收发功能，将基站子系统的数据调制到发射频段，通过天线发出至卫星；也可接收来自卫星的信号，经下变频后输入至基站子系统。VAST子系统通过车载系统获得电源。小型车载卫星通信系统主要由四部分组成：天线系统、固态功放系统、低噪声变频器系统、调制解调器等。调制解调器系统将基站数据调制为L波段，固态功放系统将信号上变频至Ku波段，并实现功率放大，通过波导和收阻滤波器至天线；天线接收到的信号经低噪声变频器下变频至L波段，经调制解调器将数据解调输出。低噪声变频器输出的L波段信号经功分器分出一路信号至天线系统，供天线系统实现自动寻星控制。
　　2.9.1、自动寻星原理
　　在Ku波段卫星车的使用中，如何通过天线控制系统找准卫星是首要的问题。现代卫星通信地面站所采取的天线控制系统大多采用通过判断卫星信标的方法，驱动天线对准卫星。其工作步骤原理如下：
　　第一，将天线收起的位置定义为“初始零位”，此时天线伺服系统的数字角位转换器由于其感应装置与天线俯仰、方位等驱动轴直接相连，因而有一个对应于“初始零位”时方位轴和俯仰轴位置的俯仰角、方位角数值，这些数值是在天线装置出厂时固化在系统中的，它是天线能够收起的最重要标记。
　　第二，天线控制单元（ACU）通过GPS、电子罗盘等辅助设备得到车辆所在位置的经纬度 ，车头指向角度值和天线方位角度值、俯仰角度值；其中的初始方位角度值（AZ0）、初始俯仰角度值（EL0）与“初始零位”时的数字角位转换器的方位、俯仰读数对应起来。
　　第三，通过在ACU单元中输入欲寻找卫星的经度参数，ACU计算出天线应达到的方位角（AZ1）、俯仰角（EL1），并且计算出与初始角度值的相对差ΔAZ、ΔEL，并将这一差值告知天线驱动单元。
　　第四，天线驱动单元按照变化ΔAZ、ΔEL驱动步进电机引导方位轴、俯仰轴转动相应的刻度后到达ACU计算出的方位角、俯仰角位置。
　　第五，再按照事先设定的信标频率对信标信号进行判断、锁定。
　　由此可见，自动寻星的基本工作原理就是通过计算目的方位角、俯仰角与初始值的相对变化，从而得到天线方位轴、俯仰轴变化的数值，进而通过数字角位传感器驱动相应轴的转动引导天线到达指定位置对星。
　　3、应急通信车验收中的要点
　　在进行应急通信车验收中，除了要对车内的通信设备进行逐个的验收测试，还应将重点放在整车的安装工艺和车辆的安全性、可靠性上。对通信设备的验收测试可以根据相关的设备技术标准进行，对于车辆的验收则应重点考察车辆的安全可靠性，主要有车辆的爬坡能力、重心、平衡以及密封性能等。对于车辆验收一般要进行斜坡试验、荒漠地区试验、吐鲁番热区试验（+50℃）和高原试验（海拔4767米）。
4、 结论
　　小型通信车主要用于各省应急通讯，在需要支援的情况下，可调配去其它省应急通信使用。它的设计遵循的流程是：确定基本需求、确定主设备、确定主要配套设备、确定其它配套设备、确定整体布局、加工生产、验收并投入使用。　　
　　参考文献：
[1]边力军. 车载应急通信系统设计中的一些体会.工程与设计，2006.2
[2]樊星、王心焕. 充分发挥业余无线电在应急通信中的作用.中国无线电，2007年第6期：13-16.
[3]王明松. 中国移动无线应急通信系统建设.工程与设计
[4]肖元翔、贺传军.浅谈移动应急通信系统.时代科技，2003.4：42-43