12引言

近年来,随着我国地震科技实力的逐步增强,地震科技对外交流与合作不断拓展,通过地震科学开展国家间的外交合作其意义愈加显著。在国家总体外交方针的指导下,在外交部、商务部等部门的大力支持下,中国地震局援助境外地震台网作为地震外交的主要实现手段取得了丰硕的成果,极大地提高了我国防震减灾工作的世界影响力,进一步树立了我国作为一个负责任大国的国际形象。

1 项目介绍

“援巴基斯坦地震监测台网项目”是中国政府无偿援助巴基斯坦的一个重要建设项目,其目标是增强巴基斯坦地震监测的基础设施,提高巴基斯坦的地震监测能力。项目建成后,地震数据将全部实时传输至伊斯兰堡数据中心进行分析处理,帮助巴基斯坦提高地震速报能力,构建先进的地震监测平台技术基础设施,加强巴基斯坦的地震灾害监测水平,为巴基斯坦实现灾害地震速报以及为后续的海啸预警系统提供基础平台。此外,部分观测数据将实时传回至中国地震台网中心,改善我国对全球、特别是西亚地区地震的监测能力,提高我国新疆西部地区的地震监测能力1。

“援巴基斯坦地震监测台网项目”将在巴基斯坦境内建设1个宽频带数字化地震台网,建设内容包括:10个宽频带地震观测台站和1个地震数据中心,如图1所示 。

▲为宽频带地震观测台站;★为地震数据中心

图 1 巴基斯坦台网分布图 Fig. 1Distribution map of PMD seismic network
2 项目通信系统介绍
2.1 通信网整体概述

“援巴基斯坦地震监测台网项目”通信系统采用卫星(VSAT)数据传输和无线扩频微波传输相结合的方式。其中,无线扩频微波采用跳频技术,用于数据中心附近的宽频带地震台站观测室与数据中心之间的数据传输,可选用数据加密方式;卫星(VSAT)用于宽频带地震台站观测室或记录室与数据中心间的传输。

各个宽频带地震台站的实时数据将汇集至伊斯兰堡的地震数据中心,同时该数据中心可将地震数据转发至我国地震台网中心,如图2所示。

2.2 通信网络功能及技术指标

(1)支持实时地震观测数据流传输

 信道时延<3s;

 超宽频带地震台站有效数据通信链路速率≥32kbps,宽带地震台有效数据通信链路速率≥20kbps;

图 2 援巴项目通信系统拓扑图 Fig. 2Topology of PCSN communication system

 通信链路设备满足实时数据传输的协议,并具备相匹配的物理接口。

(2)支持TCP/IP协议,可实现台站网络互联

通信链路可能发生故障而造成传输数据丢失,当通信恢复后,可以通过卫星网络从台站本地的数据文件存储系统中将所缺数据以文件传输方式补充至数据中心。

(3)通信链路支持按需分配

除常规数据传输链路外,还可随时为远程维护工作需要增加链路带宽,以实现相关设备的软件升级和故障检查。

(4)运行管理简便

通信系统操作简便,采用工业标准技术及设备,可在最大程度上减少日常维护工作。

(5)系统可靠性高,建设周期快

通信系统误码率<107,可在较短时间内完成安装架设及开通。

3 主要设备配置及技术指标

援建的10个宽频带地震观测台站,分布于巴基斯坦全国各地,其中9个台站采用卫星通信系统传输数据,另外1个台站距离伊斯兰堡数据中心较近,采用无线扩频微波方式传输数据1。

3.1 无线扩频网络电台

根据台站位置和周围环境的情况,在离伊斯兰堡数据中心最近的1个测震台站(约10km),选择采用GE MDS公司的iNET300型网络电台作为通信工具,工作频段为334—336MHz,采用跳频技术、点对点模式,用于数据中心附近的宽频带地震台站观测室与数据中心之间的数据传输,可选用数据加密方式传输地震数据。宽频带地震台站无线扩频网络电台及应用如图3、图4所示。

MDS iNET300网络电台是一个长距离、高速率、工业级的无线网络电台。通过iNET300电台,可将远程监控终端的数据通过以太网或串口网关连接到基于IP的网络上。iNET300采用先进的跳频和数据加密技术,在256kbps数据速率下最大有效传输距离可达60km。其特点是:设备抗干扰能力非常强;采用特殊加密措施,安全性能强;无线组网简单方便,支持点对点,点对多点传输;具有较强的绕射能力和穿透能力,因此传输距离远,而且当基站与远端电台之间有障碍物阻挡的时候,也能保证无线通信正常工作。同时由于该电台采用数字信号处理技术与FEC前向纠错技术,可使其具有较高的信号接收灵敏度并保证信号的可靠传输,使其更适应城市无线环境比较恶劣的情况下应用。设备配置及技术指标见表1和表2。

表1 宽频带地震台站数据通信单元设备配置 Table 1 Configuration of data communication unit on broad-band seismic station
表2 无线扩频网络电台技术指标 Table 2 Specification of radio station
图 3 宽频带地震台站无线扩频网络电台应用示意 Fig. 3Radio station applying on broad-band seismic station
图 4 无线扩频网络电台点对点模式 Fig. 4Point to point mode of radio station
3.2 卫星通信网络

援巴项目的卫星通信网络由两套系统组成:iDirect MiniHub卫星系统及Comtech Vipersat卫星系统。

巴基斯坦境内地震台站数据采集卫星通信系统采用了iDirect MiniHub卫星系统。卫星(VSAT)数据传输选用巴基斯坦国家通信卫星PAKSAT-1的C波段转发器,该卫星轨道位于东经38°,波束能够覆盖巴基斯坦所有领土,大部分地区的EIRP值在38dBW以上。PAKSAT-1通信卫星C波段转发器EIRP覆盖图如图5所示,C波段技术参数如表3所示。

iDirect卫星通信系统出境采用156.2Kbps的TDM(Time-Division Multiplexing)载波,用于数据中心向所有测震台站传输数据;入境采用300Kbps的TDMA(Time Division Multiple Access,时分多址)载波,用于所有测震台站向数据中心回传数据,各个台站共享该TDMA载波,通过Qos策略设置,每个台站保证15kbps的带宽,当某个台站有突发数据量时,将共享剩余的165kbps带宽,使用完成后带宽将自动释放,以供其他台站使用(陈振国等,2003;王秉钧等,1998)。

图 5 PAKSAT-1通信卫星C波段转发器EIRP覆盖图 Fig. 5Coverage of EIPR of PAKSAT-1 C-band transponder
表3 PAKSAT-1通信卫星C波段技术参数 Table 3 Specification of PAKSAT-1 C-band

iDirect卫星通信的系统载波规划方案如表4所示,载波规划示意如图6所示。

表4 载波规划表 Table 4 Carrier configuration list
图 6 载波规划示意图 Fig. 6Carrier configuration

Comtech 570L作为目前“十五监测卫星通信系统”的一个远端站,用于连接北京与巴基斯坦的网络。北京可通过这个卫星站访问位于伊斯兰堡的网络和巴基斯坦境内的远端测震台站的数据。

该站点采用亚洲四号卫星C波段进行通信,SCPC载波(Single Channel Per Carrier,单路单载波),速率目前设置为256kbps。地震台站卫星通信系统设备配置如表5所示。

表5 地震台站卫星通信系统设备配置 Table 5 Configuration list of satellite communication system of seismic station
4 结语

援外地震监测台网建设在服务于国家整体外交的同时,也为我国的防震减灾事业做出了突出贡献。通过境外台站的实时数据回传,可实现援建台网所属国及周边地区大、中地震的监测,为地震科学研究提供基础数据支持,扩大了我国地震监测台网的观测范围,有效提升了我国对援建台网区域的地震监测能力。通信系统在地震监测台网建设中发挥了不可或缺的作用,相信随着通信方式的快速发展,通信系统将在今后的援外地震监测台网项目中发挥更大的作用。

参考文献
[1]陈振国,杨鸿文,郭文彬,2003.卫星通信系统与技术. 北京:北京邮电大学出版社[本文引用:1次]
[2]王秉均,金万超,王少勇,1998.VSAT卫星通信工程. 北京:中国铁道出版社[本文引用:1次]