北斗二号的“卫星医生”

航天 · 2017-1-23 09:35:09

在近日召开的国家科学技术奖励大会上，北斗二号卫星工程荣获国家科学技术进步奖特等奖。在这项工程中，有一位“医生”立下了汗马功劳。　　它有一双“千里眼”，可以穿越星海“望”到北斗二号卫星轨道，并能精准地找到卫星的位置；它有一对“顺风耳”，能“听”懂卫星“语言”，把卫星信号转化成数据，监测、判断卫星的信号质量和星历信息；它有一颗“玲珑心”，通过悉心“查”看，评判卫星健康与否。　　除了医术精湛，它还配有精心建设的高、精、尖的“医院”——监测站，确保诊断结果精准有效地传回“诊断中心”。　　它就是北斗二号卫星导航系统建设核心支撑单位之一——中国电子科技集团公司20所（以下简称中国电科20所）为北斗二号卫星工程量身定制的地面监测接收机，业界人称“卫星医生”。　　国产零的突破　　“卫星医生”医术精湛，它的来历同样也不简单。众所周知，只有“健康”的卫星才可以参与定位服务，地面监测接收机主要作用于精准“找到”卫星，理解卫星的“语言”，专业评判出一颗卫星是否“健康”。　　这个“诊疗”过程听起来很简单，但据一位技术专家介绍：“别看地面监测接收机身材‘娇小’，但就是这个只有电脑机箱大小的东西，功能却是独一无二，基本上囊括了地面系统的技术难点。”　　作为北斗二号的“眼睛”，地面监测接收机必须先于所有系统顺利研发，才能确保整个工程中空中和地面其他系统的顺利运行。一般来说，卫星越多，定位精度越高。北斗二号由众多卫星组成，系统的定位服务性能要达到最精准，这对地面监测接收机的测量和定位精度要求极高。　　然而，受限于大规模集成电路设计和制造工艺水平的限制，以及核心技术被国外封锁，高精度测量需要从零开始，宽带抗多径天线技术需要突破，高性能抗干扰技术领域从未涉足……要实现“地面监测接收机”国产化零的突破，太难太难。　　“脑洞”孕育高超医术　　虽然困难重重，但是中国电科20所却突破思维，创造性地提出“分布式”的设计理念，攻关团队首先对所有技术难点进行分类，形成5大关键技术难点，针对不同的技术领域组成攻关团队进行分平台技术攻关，在单平台上实现5大技术难点零的突破，最终在整机上进行技术集成。　　在技术集成的时候，技术人员又遇到了难题。在单平台上，可以不用考虑平台尺寸和硬件资源的占用问题，但在整机上集成时，则必须考虑到在有限的空间内实现多平台的协同工作。分平台的技术难点本身很难突破，工程任务进度节点迫在眉睫，究竟如何破解整机集成的难题？　　最终，攻关团队借鉴了银河III号高性能计算机的设计方式，通过在整机平台上“动手脚”达到集成的目的，仅用了一年的时间，便完成了大型联调联试30余次，大小测试科目100余项，所测科目均满足试验大纲要求，实现了整机装备国产化率高达90%以上，对北斗系统精密定轨、完好性监测起到重要的支撑作用，为北斗系统全面国产化成功“试水”，在性能上填补了国内空白，达到国际领先水平，被业界誉为“国内高性能卫星信号接收设备的制高点”。　　最勤奋的卫星“医院”　　地面监测接收机必须配备监测站——卫星“医院”，用以进行数据采集和处理。这些数据不仅是卫星数据，还包括监测站相应区域的气候、温度、湿度、气压等信息。　　“我们的监测站就像是‘中枢神经’，把地面监测接收机里所有信息吸纳过来，发送出去，接受外部的反馈信息，然后告诉地面监测接收机哪个卫星是‘健康’的。”中国电科20所所长助理、监测站总师任小伟说。　　为确保北斗二号的可靠性，卫星“医院”的数据采集和传输必须确保一年365天不能断，为确保北斗二号系统精准度，其数据采集还必须有尽量广的覆盖面。在建设监测站的时候，需要通盘考虑这些因素。　　从沿海到高原，从西藏的无人区到新疆的边境线，仅有9个人的建设团队在6年间横跨了整个中国进行站点的布局，面对高温高湿高寒缺氧的环境，在系统设计时就需要考虑到设备的冗余备份，保障数据的连续性和稳定性。北斗系统要求数据处理时间不得超过0.4秒，以往的软件处理时间不够满足标准要求，但中国电科20所的科研人员通过创造性的研制出数据硬件处理设备，通过硬件传输和处理信息确保了数据处理的实时性。　　根据国务院发布的《中国北斗卫星导航系统白皮书》，中国将在2020年前后，完成35颗卫星发射组网，为全球用户提供服务。目前，中国电科已经派出了22名卫星“医生”，并布局了22个监测站，在广袤大地上守护“星星”们的健康，为北斗卫星导航系统全球化布局提供坚实的工程和技术保障。

账号		自动登录	找回密码
密码			立即注册