一种基于浮空平台的通信系统应用

1、行业应用一种基于浮空平台的通信系统应用 杨 伟（中国电子科技集团公司第十研究所， 成都 610036）摘 要：本文针对浮空平台通信的优点进行了剖析，同时介绍了浮空平台通信系统典型组成、工作原理、布置流程及应用环境，最后对基于浮空平台的通信系统应用前景进行了分析。关键词：浮空平台 系留气球 通信中继1 引言目前空基通信信息平台是我国信息化建设中存在的薄弱环节，目前超视距通信主要手段有短波通信和卫星通信。传统的短波通信手段受电离层不稳定影响，通信质量较差，且信道容量不高，组网能力较弱，数据通信受到限制，卫星通信还处于起步发展阶段，可用的卫星通信资源较少，同时采用卫星通信或飞机作为空中中继平台实现超

2、视距通信成本较大，且也不可能在短期内充分部署，因此采用成本较低且简单易实现的系留气球作为浮空平台实现通信中继，可以提供大范围、全天候、多功能的通信服务。采用系留气球搭载超短波通信设备作为浮空通信平台具有以下优点：（1） 具有全天候工作、滞空时间长等特点，尤其适合为公共突发紧急事件提供应急通信保障； （2） 服务对象广，可灵活搭载各种通信资源，从而为突发事件的快速、有效的指挥协调，应急处理提供多种通信手段；（3） 高机动性，易于布置，该系统即可布置于城市也可布置于偏远山区；（4） 采用超短波通信作为超视距通信手段，比短波通信稳定性高，受季节和昼夜变化的影响较小，通信质量比短波稳定；（5） 采用超

3、短波通信，天线尺寸小，结构简单、增益较高，从而可用功率较小的发射机；（6） 超短波频率较高，频带较宽，能用于多路通信。2 系统组成浮空平台通信应用系统由系留气球平台、载荷通信设备、通信使用对象及地面综合保障设备等组成。系统阵地布置及典型应用环境示意图如图 1所示。图 1 系统阵地布置及应用环境示意图其中系留气球平台系统由系留气球、系留缆绳和地面设施三部分组成。2.1 系留气球平台系留气球包括气囊、整流罩、尾翼、头锥、设备挂架、电源系统、压力调节系统等。气囊是气球的主要部分，用于储藏携带的氦气，并承受作用在气球上的外部载荷，气囊外形为一水滴状旋转体。 气球尾翼共三片，采用“人”字型设计，具有良好

4、稳定性，防冰雪堆积，操作方便等优点。设备挂架主要用于固定通信设备，同时可根据应用需求增加其他通信资源。2.2 系留缆绳系留缆绳由电源复合缆绳、系留部件和连接器组成。系留缆绳的主要作用是满足系固及升降气球的要求，承受系留载荷，其设计选型应综合考虑缆绳拉力、缆绳重量密度等因素。此外，系留缆绳还为载荷通信设备提供电力保障、以及提供雷电泄放通路等功能。2.3 地面保障设施地面保障设施主要包括锚泊车、锚泊车牵引车、电站拖车、氦气保障车、工作方舱车、气象保障设备（选配）、氦气纯化设备（选配）等，为浮空平台通信系统布置和正常工作提供后勤保障。2.4 载荷通信设备载荷通信设备主要包括：超短波电台、窄带滤波器、

5、超短波天线，同时根据任务需要可搭载其他通信载荷设备。3 工作原理3.1 通信中继采用多套超短波电台构成通信中继链路，完成通信双方超视距通信中转，其通信中继的主要工作原理如图 2所示。图 2 超短波中继通信原理示意图浮空平台升空前，超短波链路按照使用要求通过电台控制器完成链路工作参数设置和中继链路建立。使用时需保证浮空平台超短波电台1与超短波地面台1工作参数一致，浮空平台超短波电台2与超短波地面台2工作参数一致是通信中继成功的前提条件，其通信中继时原理如下：（1） 中继发送过程：浮空平台超短波电台1将收到地面超短波地面台1的射频信号进行解调，将解调出的音频信号通过电台转发音频口送到超短波电台2，

6、超短波电台2再将转发音频调制成射频信号发射出去，超短波地面台2将收到的超短波电台2发射的射频信号解调出来，即为超短波地面台1发出的话音信息。（2） 中继接收过程：中继接收过程与发送互为逆过程。同时为了提高超短波中继通信的使用效率，可以多个成员使用一条中继链路实现话音中继，但由于超短波电台工作方式为半双工，因此在某一时刻只允许一个成员发射，另一端可以有多个成员接收。3.2 系统布置操作流程系留气球通信系统的运行操作分为进入阵地、充气组装、通信载荷设备控制、气球升空、空中系留、气球降落、系统撤收几个阶段。系留气球通信系统进入阵地后，锚泊车开始展开，展开工作流程按照图 3所示的要求进行，撤收时按照流

7、程相反方向进行。图 3 锚泊车展开流程在锚泊车展开的同时，充气组装也可开始进行。球上通信设备组装完毕以后进入地面系留状态，随后系统加电调试完成状态检测，一切正常后在收放系统的操作下气球开始升空，进入指定高度后开始工作。收到撤收命令后，首先关闭通信设备供电，在收放系统的操作下气球开始下降，降落至地面进入地面锚泊状态，拆卸通信设备及气球部分组件，然后由氦气回收系统对氦气进行回收，一切完毕后，气球装箱，进行阵地转移。4 应用前景基于系留气球的浮空平台通信系统由于成本低、易布置以及搭载通信资源灵活等特点，可广泛应用于我国民用甚至军用领域，为处理突发紧急公共事件和边境等敏感地区提供侦察通信服务。具体应用

8、前景主要体现在以下几个方面：（1） 作为公共突发事件应急通信手段近年来边境反恐、贩毒走私，森林火险、抗震救灾及城市暴乱等公共紧急事件频繁，由于非军事行动下的公共紧急事件的应急通信时间、地点、通信容量、网络形式等方面高度不确定性，对事件现场通信手段及通信服务形式提出了较高的要求。尤其是在“5·12”大地震救援过程中暴露出来的我国应急通信手段的不完善值得我们深思，因此，在类似于“5·12”大地震或者911等应急情况（即当地的公用通信设施遭到严重破坏）发生时，可通过系留气球搭载通信设备作为浮空基站或浮空通信中继平台，快速提供覆盖大范围的通信服务，从而为对突发事件的快速、有效的指挥

9、协调，应急处理提供通信保障。（2） 作为军用通信的补充现阶段，由于视距通信受地形条件限制，其通信覆盖范围十分有限，采用浮空平台搭载超短波通信设备和加密设备作为通信中继平台可以大大提高低空飞行的直升机，以及在边境山区、丛林中执行任务单兵的通信距离，提升远程指挥能力，可作为我国偏远边境地区军事通信手段的补充，从而优化通信服务，丰富作战方式，提高任务执行效率。（3） 其他方面应用另外，浮空平台还可搭载集群通信基站，红外线成像仪等设备，在紧急情况发生时，通过搭载集群通信基站设备作为浮空基站，可快速为该区域提供大范围覆盖的移动通信服务，同时通过搭载红外线成像仪等摄像设备对敏感地区实施摄像，将采集到的图像信息传输到相关指挥所进行分析，为任务决策、处置方案实施提供重要支撑。5 结束语基于系留气球的浮空平台比以飞机作为空中平台实现中继通信具有更多的优势，虽然在某些性能指标方面存在一定差距，但在具体应用方面又有许多优于飞机平台的特点。因此，在实际应用中系