衛(wèi)星通信技術(shù)在智慧水利中的應(yīng)用

第二部分衛(wèi)星通信現(xiàn)狀第三部分衛(wèi)星通信發(fā)展趨勢(shì)第一部分背景第四部分衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用及設(shè)備第一部分?應(yīng)急通信ü地震、海嘯、洪水；?公共安全ü處突、反恐；?海事通信ü商業(yè)海運(yùn)、捕魚(yú)、船舶安全、海嘯、洪水?航空通信ü商業(yè)航空、商務(wù)航空、直升機(jī)、綜合航空?新聞采訪衛(wèi)星通信是利用衛(wèi)星作為中繼器，實(shí)現(xiàn)地面用戶之間的遠(yuǎn)程相互通信；可提供大跨度、遠(yuǎn)距離和機(jī)動(dòng)靈活的話音、圖像、傳真和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)

。在全面覆蓋、應(yīng)急通信和普遍服務(wù)方面極具優(yōu)勢(shì)

。衛(wèi)星通信特點(diǎn)及應(yīng)用n監(jiān)測(cè)及采集-構(gòu)建水雨情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)l低速：雨量計(jì)、水位計(jì)、土壤墑情等傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；l高速：視音頻監(jiān)控；n指揮調(diào)度和管理-構(gòu)建指揮調(diào)度系統(tǒng)、水利數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)l水量調(diào)度、閘泵操作、防洪抗旱減災(zāi)指揮、遠(yuǎn)程設(shè)備操作和維護(hù)等；n應(yīng)急救援、預(yù)警監(jiān)測(cè)及反饋l應(yīng)急話音、短消息、位置服務(wù)等；n高速數(shù)據(jù)-圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)l數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)等；智慧水利應(yīng)用的主要業(yè)務(wù)需求我國(guó)衛(wèi)星通信技術(shù)及應(yīng)用近十年得到長(zhǎng)足發(fā)展，尤其是汶川地震以后，衛(wèi)星通信在政府應(yīng)急、公共安全、反恐維穩(wěn)、救援指揮、信息采集、預(yù)警監(jiān)測(cè)、應(yīng)急廣播等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。作為地面網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充和延伸，既解決了應(yīng)急狀態(tài)下網(wǎng)絡(luò)的廣域靈活覆蓋問(wèn)題，也為災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)通信指揮的“最后一公里”提供可靠保障。

根據(jù)我國(guó)衛(wèi)星通信技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展，結(jié)合智慧水利的應(yīng)用需求，對(duì)衛(wèi)星通信技術(shù)及發(fā)展做以下匯報(bào)。我國(guó)衛(wèi)星通信應(yīng)用發(fā)展第二部分衛(wèi)星通信頻段頻段 頻率范圍（GHz） 用途L 1~2 移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)（MSS），衛(wèi)星測(cè)控S 2~4 用于MSS、衛(wèi)星測(cè)控C 4~8 固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)（FSS）X 8~12 雷達(dá)Ku 12~18 FSS，廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)（BSS）K 18~27Ka 27~40 FSS，BSSV 40~75 衛(wèi)星通信后續(xù)發(fā)展頻段IEEE衛(wèi)星通信頻段劃分赤道軌道傾斜軌道 極地軌道qGEO：

高軌道，距地35786公里。又稱地球同步軌道或靜止軌道。

在該軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與地球自轉(zhuǎn)的速度相同。從地面上看，衛(wèi)星似乎是靜止的。qMEO：中軌道，距地<20000公里qLEO：

低軌道，距地約700－1500公里L(fēng)EOMEOGEO地球1000公里20000公里35786公里頻率 特點(diǎn) 傳輸能力L/S頻段 L/S衛(wèi)星可用頻段窄、全球能容納的衛(wèi)星少，頻率資源稀缺，目前國(guó)際上可用于衛(wèi)星的L/S頻率資源已經(jīng)枯竭窄帶C頻段C頻段衛(wèi)星最大的優(yōu)點(diǎn)可以做成跨洲大波束覆蓋，C頻段廣泛應(yīng)用于廣播電視傳輸和全球或跨洲VSAT組網(wǎng)；由于C頻段頻率低，鏈路可用度高，隨著5G技術(shù)的發(fā)展，一部分資源劃撥5G系統(tǒng)使用；窄帶、中速率Ku頻段Ku頻段是目前大多數(shù)通信衛(wèi)星的主用頻段；由于Ku衛(wèi)星終端口徑小，所以Ku頻段目前也廣泛應(yīng)用于應(yīng)急通信中速率、高通量Ka頻段Ka比起C和Ku頻率帶寬大，目前Ka寬帶衛(wèi)星采用多點(diǎn)波束覆蓋，實(shí)現(xiàn)了大容量、高速率的寬帶設(shè)計(jì)；Ka寬帶衛(wèi)星最大的特點(diǎn)是通信速率高、終端輕巧、功耗小。Ka寬帶衛(wèi)星的主要應(yīng)用模式是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入，地面干線網(wǎng)絡(luò)的備份、高通量序號(hào)系列衛(wèi)星編號(hào)衛(wèi)星軌位工作頻段 衛(wèi)星用途 發(fā)射時(shí)間1 中星 9A 101.4°E Ku航管/軍用/海洋/高通量等多用途衛(wèi)星 2017.62 中星 10 110.5°E C/Ku 通信與移動(dòng)通信 2011.63 中星 12 87.5°E C/Ku 通信與移動(dòng)通信 2012.114 亞太 5C 138°E C/Ku 通信與移動(dòng)通信 20185 亞太 6 134°E C/Ku 通信與移動(dòng)通信 2005.4.126 亞洲 5 100.5°E C/Ku 通信與移動(dòng)通信 2009.8.117 亞洲 9 122°E C/Ku 通信與移動(dòng)通信 2017.98 中星 16 110.5°E Ka航管/軍用/海洋/高通量等多用途衛(wèi)星 2017.4.129天通一號(hào) 01 101.4 S 移動(dòng)通信 2016.8.6中星16Ka波段波束覆蓋圖p中星16號(hào)衛(wèi)星于2017年4月12日發(fā)射，定點(diǎn)于東經(jīng)110.5度;p提供26個(gè)Ka用戶鏈路波束，覆蓋中國(guó)東部及近海區(qū)域，p可應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育、醫(yī)療、互聯(lián)網(wǎng)接入、機(jī)載和船舶通信、應(yīng)急通信等領(lǐng)域。；p該衛(wèi)星為我國(guó)第一顆高通量衛(wèi)星，具有較好轉(zhuǎn)發(fā)性能。衛(wèi)星名稱中星16號(hào)中星18號(hào)軌道位置東經(jīng)110.5度東經(jīng)115.5度發(fā)射日期2017年4月 12019年8月9日?設(shè)備容量：支持全覆蓋的112波束+8波束的冗余備份；?系統(tǒng)容量：提供5000條基本信道，滿足100萬(wàn)用戶使用要求

；?互連互通：與地面公共電話網(wǎng)，移動(dòng)通信系網(wǎng)、Internet互連互通；?系統(tǒng)加密：普通用戶采用標(biāo)準(zhǔn)3G鑒權(quán)與加密方式，支持特殊應(yīng)用專用加密

；?系統(tǒng)可用度及穩(wěn)定性：99.75%，滿足電信級(jí)運(yùn)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)；p01星系統(tǒng)指標(biāo)（于2016年8月6日發(fā)射，該衛(wèi)星為我國(guó)第一顆移動(dòng)通信衛(wèi)星，開(kāi)創(chuàng)國(guó)產(chǎn)個(gè)人衛(wèi)星移動(dòng)通信的先河。）u電話：可撥打任意地面固定、移動(dòng)電話和衛(wèi)星電話；u短信：衛(wèi)星終端、衛(wèi)星終端以及地面移動(dòng)終端之間互聯(lián)互通；u數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)雙向傳輸，數(shù)據(jù)速率：1.2Kbps～384Kbps；u視頻：回傳速率64Kbps～384Kbps；u定位：芯片集成了北斗接收功能；u短報(bào)文：支持報(bào)文廣播、發(fā)送和接收；u集群：擴(kuò)展支持群組呼叫、群組短信和集群管理控制；u應(yīng)急：擴(kuò)展支持應(yīng)急尋呼和應(yīng)急消息發(fā)送；u位置管理：擴(kuò)展支持用戶的位置管理及跟蹤；u專網(wǎng)業(yè)務(wù)：支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、安全保密、行業(yè)應(yīng)用的專網(wǎng)定制。p01星系統(tǒng)指標(biāo)（于2016年8月6日發(fā)射），第三部分p衛(wèi)星通信服務(wù)朝大容量方向發(fā)展

在傳輸容量方面，衛(wèi)星通信系統(tǒng)得到極速發(fā)展，達(dá)到數(shù)百Gbit/s通信容量。ViaSat-1總業(yè)務(wù)量為140Gbit/s，

ViaSat-2可達(dá)300Gbps，

歐洲Ka-SAT寬帶通信衛(wèi)星容量達(dá)到90Gbps；

我國(guó)中星16號(hào)衛(wèi)星總?cè)萘恳策_(dá)到了20Gbps。衛(wèi)星通信投資發(fā)展趨勢(shì)p衛(wèi)星朝多波束覆蓋、頻譜高效利用方向發(fā)展為了提高頻譜效率，增加系統(tǒng)容量，同時(shí)隨著星上處理技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星多波束覆蓋得以實(shí)現(xiàn)。國(guó)外高通量衛(wèi)星應(yīng)用Ka波段多點(diǎn)波束,ViaSat-1衛(wèi)星72個(gè)Ka點(diǎn)波束，歐洲Ka-SAT寬帶通信衛(wèi)星配置82個(gè)Ka點(diǎn)波束。

我國(guó)天通一號(hào)衛(wèi)星用戶鏈路采用S頻段109個(gè)波束、中星16使用Ka頻段26個(gè)點(diǎn)波束。p衛(wèi)星通信設(shè)備朝高度集成、小型化方向發(fā)展

隨著核心芯片的不斷開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，衛(wèi)星通信新研設(shè)備高度集成化，有效降低了終端設(shè)備體積、重量，提高設(shè)備的可靠性。p天地融合、多網(wǎng)融合成為未來(lái)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要趨勢(shì)

隨著我國(guó)未來(lái)政治、經(jīng)濟(jì)、科技和軍事活動(dòng)向海外擴(kuò)展，建立具備全球覆蓋能力、能夠與地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)融合、為用戶提供安全可信通信服務(wù)的天地一體化網(wǎng)絡(luò)成為一個(gè)必然選擇。在全球化、空天地海一體化時(shí)代，必然要求網(wǎng)衛(wèi)星通信絡(luò)與地面通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、天地融合。新一代衛(wèi)星通信系統(tǒng)不僅容量大，而且全部都是IP化、天地一體化設(shè)計(jì)，并且通過(guò)關(guān)口站與地面網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。p衛(wèi)星通信系統(tǒng)遠(yuǎn)端站間信息由信關(guān)站交換向星上交換發(fā)展

隨著衛(wèi)星載荷能力增強(qiáng)，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器由透明轉(zhuǎn)發(fā)器向星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)展。星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器具有上行鏈路載波解調(diào)解碼、信息交換、下行鏈路編碼調(diào)制能力，可以實(shí)現(xiàn)由現(xiàn)在的通過(guò)信關(guān)站交換發(fā)展為星上交換。p高通量衛(wèi)星將由現(xiàn)在的Ka頻段發(fā)展為Ku/Ka雙頻互補(bǔ)模式。中星18號(hào)：作為中星16號(hào)高通量的補(bǔ)充，覆蓋我國(guó)西北及東北地區(qū)；同時(shí)提供Ku頻段的西部增強(qiáng)

計(jì)劃2019年發(fā)射中星18號(hào)衛(wèi)星，Ka頻段配置了14個(gè)點(diǎn)波束亞太6D衛(wèi)星：計(jì)劃2019年發(fā)射，采用模擬彎管技術(shù)，關(guān)口站采用Ka頻段，用戶站采用Ku頻段亞洲十號(hào)衛(wèi)星：預(yù)計(jì)2021年發(fā)射，國(guó)內(nèi)首顆采用數(shù)字載荷技術(shù)，具有Ku、Ka兩種高通量載荷；Ku頻段高通量載荷容量20Gbps，Ka頻段高通量載荷容量達(dá)到90Gbps；可實(shí)現(xiàn)國(guó)土覆蓋、一帶一路覆蓋和周邊海域的覆蓋，滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。2101星：國(guó)土、領(lǐng)海及其外延200km。02星：日韓及其周邊海域，二島鏈以西海域。03星：東南亞地區(qū)，澳大利亞達(dá)爾文庫(kù)港、科科斯群島及周邊海域。年 201120122013201420152016201720182019202020212022202320242025歷程啟動(dòng)

01星

0203

規(guī)劃04-05星p自主衛(wèi)星移動(dòng)通信：天通一號(hào)01星民用應(yīng)用系統(tǒng)已試運(yùn)行近3年，穩(wěn)定可靠，

天通各型譜終端出貨情況（截止2019年11月底）p計(jì)劃2020年，完成02、03星衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)。型譜 手持功能機(jī)手持智能機(jī)便攜終端天通業(yè)務(wù)接入終端出貨數(shù)量（臺(tái)） 12500 25600 550 1100合計(jì)（臺(tái)） 39750第四部分

未來(lái)，我國(guó)衛(wèi)星通信的應(yīng)用主要還是以政府應(yīng)急、公共安全、反恐維穩(wěn)、救援指揮、信息采集、預(yù)警監(jiān)測(cè)、應(yīng)急廣播等領(lǐng)域，同時(shí)為個(gè)人用戶提供通信及網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。2018年國(guó)家成了應(yīng)急管理部，

目標(biāo)要求：構(gòu)建與世界一流大國(guó)應(yīng)急管理相適應(yīng)、具有中國(guó)特色的應(yīng)急管理網(wǎng)絡(luò)信息體系，覆蓋國(guó)家、省、市、縣和企業(yè)、公眾，實(shí)現(xiàn)：

防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)應(yīng)急管理業(yè)務(wù)鏈的全程貫通，

自然災(zāi)害和災(zāi)害事故處置的全天候響應(yīng)，

專常兼?zhèn)鋺?yīng)急救援力量的高效協(xié)同，

綜合應(yīng)急保障能力的統(tǒng)一快捷，

推動(dòng)應(yīng)急管理體系和能力現(xiàn)代化，全力保護(hù)好群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)穩(wěn)定。衛(wèi)星通信作為應(yīng)急通信的必備手段，從設(shè)備、系統(tǒng)、到應(yīng)用服務(wù)都提出新的要求。我國(guó)衛(wèi)星通信應(yīng)用發(fā)展序號(hào)名稱 特點(diǎn) 應(yīng)用場(chǎng)景1天通移動(dòng)通信重量輕，體積小，災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)第一反應(yīng)器，第一時(shí)間報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)情況。 適合各類場(chǎng)合下攜帶和使用。2C頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)不受天氣影響，可靠數(shù)據(jù)采集及交互式通信等功能。 一般用于惡劣環(huán)境條件下，數(shù)據(jù)采集、災(zāi)情監(jiān)測(cè)。3Ku頻段衛(wèi)星系統(tǒng) 通信容量大，速率高 現(xiàn)場(chǎng)與指揮中心間的信息回傳，語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像。4Ka頻段衛(wèi)星系統(tǒng)相對(duì)Ku頻段，通信容量大，速率高，終端體積小，價(jià)格低高速上網(wǎng)，也可將語(yǔ)音、圖像等信息通過(guò)信關(guān)站傳送到指揮中心。不適合惡劣天氣時(shí)使用。5北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 重量輕，體積小， 導(dǎo)航定位、短消息便攜站 采集站 固定站車載站3435

?利用有線、衛(wèi)星和無(wú)線通信網(wǎng)系融合互通，構(gòu)建天空地一體應(yīng)急通信網(wǎng)。遙感衛(wèi)星地面接收站p天地融合、多網(wǎng)融合成為未來(lái)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要趨勢(shì)p衛(wèi)星通信系統(tǒng)遠(yuǎn)端站間信息由信關(guān)站交換向星上交換發(fā)展

p近幾年星座衛(wèi)星的發(fā)展推動(dòng)了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)1.國(guó)外（銥星、全球星等）1）OneWeb建立于2012年。計(jì)劃通過(guò)發(fā)射超過(guò)648個(gè)小衛(wèi)星到低軌道創(chuàng)建覆蓋全球的高速電信網(wǎng)絡(luò)。2016年12月，日本軟銀集團(tuán)將在OneWeb有限公司投資約1000億日元。2）O3b網(wǎng)絡(luò)公司計(jì)劃發(fā)射十六顆MEO（中軌道）衛(wèi)星，網(wǎng)速最高可達(dá)10G，為全球尚未接入互聯(lián)網(wǎng)的30億人提供服務(wù)。O3b(other3billion）即“另外的30億”的縮寫(xiě)。2.國(guó)內(nèi)（吉林一號(hào)、海南一號(hào)）1）鴻雁星座是指中國(guó)航天科技集團(tuán)公司計(jì)劃2020年建成“鴻雁衛(wèi)星星座通信系統(tǒng)”。該系統(tǒng)將由300顆低軌道小衛(wèi)星及全球數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理中心組成，具有全天候、全時(shí)段及在復(fù)雜地形條件下的實(shí)時(shí)雙向通信能力，可為用戶提供全球?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)通信和綜合信息服務(wù)。2）“虹云工程”是指中國(guó)航天科工集團(tuán)公司規(guī)劃建設(shè)。該系統(tǒng)將由156顆低軌道小衛(wèi)星及全球數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理中心組成，可為用戶提供全球?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)通信和綜合信息服務(wù)。2.國(guó)內(nèi)3）“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)”：

2018年4月在“數(shù)字中國(guó)建設(shè)峰會(huì)”上，由中國(guó)電科集團(tuán)提出并牽頭論證實(shí)施的國(guó)家“科技創(chuàng)新2030-重大項(xiàng)目”——“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目首次在會(huì)議上展出。2019年6月5日12時(shí)06分，我國(guó)在黃海海域首次采取海上發(fā)射的形式，用長(zhǎng)征十一號(hào)運(yùn)載火箭一箭七星發(fā)射成功。科技創(chuàng)新2030—“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)”重大項(xiàng)目“天象”試驗(yàn)1星、2星通過(guò)搭載發(fā)射，成功進(jìn)入預(yù)定軌道，重大項(xiàng)目建設(shè)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，對(duì)于我國(guó)未來(lái)建設(shè)“低軌接入網(wǎng)”，具有重要的意義?！疤煜蟆毙l(wèi)星?國(guó)內(nèi)首次通信、導(dǎo)航、遙感一體化設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮54所在衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、航天測(cè)控、航天應(yīng)用等方面技術(shù)及設(shè)備優(yōu)勢(shì)；?支持寬帶組網(wǎng)通信、導(dǎo)航增強(qiáng)、頻譜監(jiān)測(cè)、星基ADS-B、衛(wèi)星遙感等功能；?載荷、地面系統(tǒng)、天地一體化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系均自主設(shè)計(jì)；3）“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)”：

“天象”試驗(yàn)1星、2星（每顆衛(wèi)星僅重65公斤、有效載荷不足15公斤）它們是國(guó)內(nèi)首個(gè)實(shí)現(xiàn)星間傳輸組網(wǎng)、星間測(cè)量、導(dǎo)航增強(qiáng)、對(duì)地遙感等功能的綜合性低軌衛(wèi)星。2.國(guó)內(nèi)3）“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)”：按照“天基組網(wǎng)，地網(wǎng)跨代，天地互聯(lián)”的思路，將在高軌、低軌和地面建設(shè)相互聯(lián)結(jié)的三張網(wǎng)絡(luò)，并同時(shí)和地面的互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)進(jìn)行互通互聯(lián)（5G實(shí)現(xiàn)后，把基站搬到衛(wèi)星上）低軌接入網(wǎng)規(guī)劃有60顆綜合衛(wèi)