梁峰

摘 要 随着美国海岸警卫队近海与内陆通航水道搜救系统Rescue 21的顺利实施，海岸警卫队的任务执行能力获得实质性提升，水上/海上搜救能力跃上一个新台阶。本文对Rescue 21系统的研制背景、发展历程以及遇险报警信号的检测与测向技术进行分析和阐述，为我国相关职能部门的搜救系统和能力建设提供有益的参考和借鉴。

关键词： 美国海岸警卫队 海上搜救 Rescue 21 测向

1 前言

成立于1915年的美国海岸警卫队（United States Coast Guard，USCG）是美国本土安全保护的关键力量，隶属于国土安全部（DHS），是美国五大武装力量之一，致力于保护公众、环境、美国经济利益以及海域内的国家安全。平时负责美国沿海水域和航道的执法、水上安全、遇难船只及飞机的救助、污染控制等任务。战时归美国海军指挥，是海军的一个高度专业化的组成部分，承担诸如海岸防卫、港口保卫、警戒护航、海上搜救等系列军事任务，有时也会直接参与作战行动。

根据海岸警卫队官方统计[1]，截至2016年10月，海岸警卫队成员人数超过56000，志愿者超过31000人，拥有243艘各型舰船、201架各型固定翼飞机和直升机以及1650艘小型巡逻艇、救生艇。负责两大管辖区（太平洋辖区和大西洋辖区，分成9个责任区）沿海和内陆通航水道（总长度超过10万英里）的安全和保护，在全国部署了35个基地，6个后勤保障中心。

在海岸警卫队众多任务中有一项比较常见但很重要，即水上/海上搜救。USCG规定：负有搜救职责的救助单元在接到遇险通知后30分钟内，将所有搜救资源准备就绪。搜救力量从开始行动到抵达遇险现场所用的时间不超过90分钟，总的应急响应时间不超过2小时。根据官方统计[2]，2018年海岸警卫队平均每天执行44起搜救任务，挽救12条生命，救助60余人。相应的搜救系统和装备发挥了重要作用，其中就包括Rescue 21救援系统。

本文将对Rescue 21救援系统的研制背景、发展历程以及遇险报警信号的检测与测向技术进行分析和总结，为我国相关搜救职能部门的搜救体系和系统能力建设提供有益的参考和借鉴。

2 Rescue 21系统研制背景

1995年7月，USCG实施一项计划，通过对已有近30年历史的国家灾害和应对系统（National Distress and Response System，NDRS）所使用的技术进行现代化改造，实现21世纪救援计划。当时项目名称叫NDRS现代化计划（NDRSMP），后于2002年9月改名为Rescue 21（得名于Rescue System for 21th Century）[3]。

建于上世纪70年代的NDRS系统原是USCG对遇险求救信号进行测向定位的无线电搜救系统，通过NDRS系统可对在95000英里长的海岸线（近海）和内陆水路上开展的搜救行动进行辅助和协调。由于技术原因，NDRS系统存在一些不足：通信距离约20海里（即能覆盖海区A1，该区域指至少由一个具有连续数字选择呼叫报警能力的甚高频（VHF）岸台无线电话所覆盖的区域），存在一定的覆盖盲区，约占整个海岸线的14%；不具备测向能力，该能力对遇险求救信号的位置确定非常关键；不具备数字选呼（DSC）功能；与其它通信系统的兼容能力较弱；缺乏保密通信手段。此外，经过20多年的使用，NDRS系统设备运营维护费用较高，且难以进行功能升级。

为此，USCG计划利用Rescue 21系统将覆盖盲区减少到2%以下，并能快速检测和定位遇险求救信号，有效提高USCG的应急响应能力。

Rescue 21系统不仅用于USCG的搜救任务，亦可支持USCG包括国土安全在内的其它任务，进一步完善美国海岸水域和通航河道及湖泊的报警系统，相当于USCG版911报警系统，如图1所示[4-5]。

   

图1 Rescue 21救援系统

3 Rescue 21系统发展历程

2002年9月24日，USCG将一份价值6.11亿美元（1999年的预算费用为2.5亿美元，后来由于2003成立了国土安全部DHS，任务要求有所调整，预算增加到2006年的7.302亿美元[6]）的合同授予亚利桑那州苏格茨德利的通用动力决策系统公司（GDDS），用于建设Rescue 21系统。

原计划Rescue 21建设过程分成两步：2003年9月完成2个地点Rescue 21设备的建设，并达到基本功能状态（IOC）。实际上后来推迟到2005年12月20日才达到预期目标；2006年9月完成其它地点的Rescue 21系统建设，后延迟到2013年8月将设备交付给USCG。

后来Rescue 21系统建设分成两个阶段实施：完成美国大陆及相关岛屿的沿海通信铁塔的建设；完成美国内陆通航水道、湖泊及阿拉斯加地区的通信铁塔的建设。

2015年2月3日，随着沿海最后一座通信铁塔投入使用，标志着Rescue 21系统建设的第一阶段正式完成，总计258座铁塔，覆盖沿海26万平方海里（约89万平方公里）。

随后不久USCG启动Rescue 21系统第二阶段建设。2015年7月6日，USCG将一份价值890万美元的合同授予“Eyak Technology”公司，用于生产用于密西西比河、密苏里河和俄亥俄河谷沿线的47座基站铁塔的通信设备（USCG称之为西部河流区域）；7月14日，USCG将另一份价值960万美元的合同授予通用动力旗下的“One Source”公司，用于升级阿拉斯加州的30座基站铁塔的相关设备。

2016年10月13日，通用动力任务系统公司（GDMS）宣布获得USCG授予的一份金额1.256亿美元的合同，用于提供Rescue 21项目管理、系统支持与维护以及对海岸警卫队“通信、指挥与控制工程中心”持续的技术支持。合同为期36个月，从2016年9月延续至2019年8月。

2017年5月2日，USCG开始有条件地在上密西西比河责任区（AoR）运行Rescue 21系统，该区覆盖7个州，即威斯康辛州、伊利诺斯州、明尼苏达州、爱荷华州、密苏里州、内布拉斯加州和堪萨斯州。5月23日在下密西西比河责任区、5月31日在俄亥俄河谷责任区运行Rescue 21系统。

由于阿拉斯加地区的极端气候条件和后勤维护困难，相应的Rescue 21系统建设进度较慢，如图2所示。2017年10月10日，USCG接收阿拉斯加地区最后一座基站铁塔，标志着历时超过20年的Rescue 21系统研发与建设的最终完成。

Rescue 21系统基本分布如图3所示[7]，不同地区Rescue 21通信铁塔的覆盖范围可以参见官方网站[8]。

   

图2 阿拉斯加州的Rescue 21通信铁塔

   

图3 Rescue 21系统部署示意图

4 Rescue 21系统概述

4.1 Rescue 21基本功能

Rescue 21系统包括VHF-FM电台、通信铁塔（总计335座，其中沿海258座，内陆河流与湖泊47座，阿拉斯加地区30座，通常高300～400英尺）和相应的通信中心（46个），主要用于监测来自遇险舰船的求救信号，组织协调搜救行动以及相应的指挥与控制任务。

与NDRS系统相比，Rescue 21性能得到跨越式提升[7]，包括：

通信覆盖盲区从14%降低到10%（原计划降低到2%）；

利用DSC和测向技术实现遇险目标船只的定位；

实现USCG对移动船只的实时跟踪；

能够与其它通信系统和应急系统进行互联互通；

提供敏感信息的保密通信；

能够同时实现话音和数据传输；

能够在多个频率上同时进行信号监测和中继；

海事紧急信息的自动广播发送。

NDRS与Rescue 21系统的基本能力对比如表1所示。

表1 NDRS与Rescue 21的能力对比

     

4.2 Rescue 21测向能力

测向定位功能是Rescue21的特色和核心。与NDRS系统相比，Rescue21的测向定位能力更强，具有更高的定位精度（测向精度可达2°(RMS)）和可靠性。2014年 7月，USCG对 Rescue 21系统进行了性能测试，结果发现：在救生电台1W发射功率情况下，海岸线20英里范围内，Rescue 21能够提供90%的测向覆盖和94%的话音与DSC通信覆盖。如果发射功率更高，覆盖率可达到95%。此外，测试结果表明Rescue 21的可靠性很高，超过99%。基于通信铁塔接收天线的测向定位示意图如图4所示[6]。

根据Hebert的实际调查[9]，Rescue 21通信铁塔上的天线采用德国Rohde &Schwarz公司研制的多信道阵列测向天线—R&S®ADD050SR超分辨率VHF测向天线，如图5所示。

根据R&S®ADD050SR数据手册[10]，该测向天线阵采用9根天线，基于相关干涉测向原理，在20～450 MHz范围内的测向误差不大于2°(RMS)，能达到国际电信联盟（ITU）推荐标准的A级测向精度，测向误差如图6所示。R&S®ADD050SR测向天线内部配备了有效的、可扩展的防雷保护，不会对测向精度造成影响。

   

图4 Rescue 21系统的侧向定位与救援流程示意图

   

图5 Rescue 21铁塔测向天线和ADD050SR测向天线

   

图6 R&S ADDxSR天线的测向精度

4.3 Rescue 21信号检测能力

由于搜救任务的特殊性，执行海上搜救任务的使用成本很高，如救援飞机HC-130J的使用成本为15000美元/小时、救援直升机MH-60T(Jayhawk)为10000美元/小时、救援船只(45-foot Response Boat-Medium)为5000美元/小时，恶意报假警的行为将会受到严惩。按照联邦法律（14 US Code &88）[11]，将会面临最高6年的牢狱、25万美元的刑事罚款、5000美元的民事罚款以及付还因为救援活动带来的相关费用。

为了尽可能降低虚假报警信号（由于各种原因会导致遇险求救信号的虚警率较高），节约宝贵的救援资源和时间，以及高昂的救援费用。2017年上半年，位于康涅狄格州的USCG研发中心开发出一种检测虚假报警信号的方法，结合测向技术（与海军水面作战中心NSWC的Carderock分部合作）、语音分析技术（与卡耐基.梅隆大学合作），能够快速准确识别虚假报警信号，如图7所示。

   

图7 Rescue 21系统的虚假报警信号检测与定位

4.4 Rescue 21系统实施效果

在Rescue 21正式提供服务之前的2005年11月13日，Rescue 21首次成功完成了一次搜救任务（巴尔的摩地区），显示出较好的性能。

Rescue 21自2006年开始正式提供服务以来，至2011年1月，提供超过21270起救援服务。至2015年1月15日，提供75000起救援服务。至2016年1月15日，提供85167起救援服务。至2017年10月，提供超过98000起救援服务。至2018年2月，提供超过10万起救援服务[12]。

在2010年6月16日至2016年1月15日期间，Rescue 21平均提供每月1074、每天36起救援服务，在生命安全方面发挥了巨大作用。2016年，挽回经济损失6300万美元。2017年，挽回经济损失2000万美元。

典型案例[13]：1名渔民在海上失踪12天获救。该渔民的电台天线在风暴中损坏，绝望之下，他用金属晾衣架来替代电台天线，想尽办法发出时长极短的遇险信号，由于信号太弱，USCG瞭望塔值班人员无法定位。不过该信号被几个Rescue 21系统信号塔收到，利用测向技术准确判断出遇险地点，USCG协调遇险地点附近的海军舰船，顺利救出该名渔民。

5 结语

随着美国海岸警卫队Rescue 21系统的顺利实施，USCG的任务执行能力获得实质性提升。在Rescue 21系统的加持下，USCG的水上/海上搜救能力得到空前增强，借助先进计算机网络技术、通信技术、无线电测向技术和语音分析识别技术，能够快速准确检测定位遇险目标，甄别虚假求救信号，及时高效协调搜救行动，在降低搜救费用、挽救生命和减少财产损失方面做出巨大贡献。Rescue 21搜救系统的成功实施可以为我国相关职能部门的搜救系统和能力建设提供有益的参考和借鉴。

参考文献

[1] U.S. COAST GUARD OVERVIEW,OCTOBER 2016.

[2] UNITED STATES COAST GUARD，2019.

[3] New Communication System to Support Search and Rescue Faces Challenges. GAO-03-1111,September 2003 .

[4] https://www.dhs.gov/publication/dhsuscgpia-021-rescue-21.

[5] http://www.dcms.uscg.mil/Our-Organization/Assistant-Commandant-for-Acquisitions-CG-9/Programs/C4ISR-Programs/Rescue-21/.

[6] Improvements Needed in Management and Oversight of Rescue System Acquisition. GAO-06-623，May 2006.

[7] https://gdmissionsystems.com/en/communications/rescue-21.

[8] https://www.navcen.uscg.gov/?pageName=mtNds.

[9] http://continuouswave.com/whaler/reference/Rescue21Stations.html.

[10] R&S®ADDxMultichannel DF AntennasProduct overview. Datasheet.

[11] https://codes. fi ndlaw.com/us/title-14-coast-guard/.

[12] https://www.prnewswire.com/news-releases/rescue-21-system-passes-100000-search-and-rescue-missions-300592635.html.

[13] https://www.dcms.uscg.mil/Our-Organization/Assistant-Commandant-for-Acquisitions-CG-9/Newsroom/R21_103117/.

Review of United States Coast Guard’s Rescue System

LIANG Feng

Abstract: United States Coast Guard has greatly enhanced its maritime search and rescue capability with the fully construction of Rescue 21 system. This paper analyzes the research background, development history, and detection and direction- fi nding technology, which will provide useful reference for search and rescue system and capacity building in China’s maritime rescue center.

Key words: United States Coast Guard; maritime search and rescue; Rescue 21; direction fi nding

作者单位：西安烽火电子科技有限责任公司