地面監(jiān)測接收機：北斗二號的“衛(wèi)星醫(yī)生”

在近日召開的國家科學技術獎勵大會上，北斗二號衛(wèi)星工程榮獲國家科學技術進步獎特等獎。在這項工程中，有一位“醫(yī)生”立下了汗馬功勞。

它有一雙“千里眼”，可以穿越星?！巴钡奖倍范栃l(wèi)星軌道，并精準的找到衛(wèi)星的位置；它有一對“順風耳”，能“聽”懂衛(wèi)星“語言”，把衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，監(jiān)測、判斷衛(wèi)星的信號質(zhì)量和星歷信息；它有一顆“玲瓏心”，通過悉心“查”看，評判衛(wèi)星健康與否。

除了醫(yī)術精湛，它還配有精心建設的高精尖的“醫(yī)院”——監(jiān)測站，確保診斷結(jié)果精準有效地傳回“診斷中心”。

它就是北斗二號衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設核心支撐單位之一的中國電子科技集團公司20所為北斗二號衛(wèi)星工程量身定制的地面監(jiān)測接收機，業(yè)界人稱“衛(wèi)星醫(yī)生”。

國產(chǎn)零的突破

“衛(wèi)星醫(yī)生”醫(yī)術精湛，它的來歷同樣也不簡單。眾所周知，只有“健康”的衛(wèi)星才可以參與定位服務，地面監(jiān)測接收機主要作用于精準“找到”衛(wèi)星，理解衛(wèi)星的“語言”，專業(yè)評判出一顆衛(wèi)星是否“健康”。

這個“診療”過程聽起來很簡單，但據(jù)一位技術專家介紹：“別看地面監(jiān)測接收機身材‘嬌小，但就是這個只有電腦機箱大小的東西，功能卻是獨一無二，基本上囊括了地面系統(tǒng)幾乎所有的技術難點?！?/p>

作為北斗二號的“眼睛”，地面監(jiān)測接收機必須先于所有系統(tǒng)順利研發(fā)，才能確保整個工程中其他空中和地面系統(tǒng)的順利運行。一般來說，衛(wèi)星越多，定位精度越高。北斗二號由眾多衛(wèi)星組成，系統(tǒng)的定位服務性能要達到最精準，這對地面監(jiān)測接收機的測量和定位精度要求極高。

然而，受限于大規(guī)模集成電路設計和制造工藝水平的限制，以及核心技術被國外封鎖，高精度測量需要從零開始，寬帶抗多徑天線技術需要突破，高性能抗干擾技術領域從未涉足……

要實現(xiàn)“地面監(jiān)測接收機”國產(chǎn)化零的突破，太難太難。

“腦洞”孕育高超醫(yī)術

雖然困難重重，但是中國電科20所卻突破思維，創(chuàng)造性地提出“分布式”的設計理念，攻關團隊對首先所有技術難點進行分類，形成5大關鍵技術難點，針對不同的技術領域組成攻關團隊進行分平臺技術攻關，在單平臺上實現(xiàn)5大技術難點零的突破，最終在整機上進行技術集成。

在技術集成的時候，技術人員又遇到了難題。在單平臺上，可以不用考慮平臺尺寸和硬件資源的占用問題，但在整機上集成的時，則必須考慮到在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)多平臺的協(xié)同工作。分平臺的技術難點本身很難突破，工程任務進度節(jié)點迫在眉睫，究竟如何破解整機集成的難題？

最終，攻關團隊借鑒了銀河Ⅲ號高性能計算機的設計方式，通過在整機平臺上“動手腳”達到集成的目的，僅用了一年的時間，便完成了大型聯(lián)調(diào)聯(lián)試30余次，大小測試科目100余項，所測科目均滿足試驗大綱要求，實現(xiàn)了整機裝備國產(chǎn)化率高達90%以上，對北斗系統(tǒng)精密定軌、完好性監(jiān)測起到重要的支撐作用，為北斗系統(tǒng)全面國產(chǎn)化成功“試水”，在性能上填補了國內(nèi)空白，達到國際領先水平，被業(yè)界譽為“國內(nèi)高性能衛(wèi)星信號接收設備的至高點”。

最勤奮的衛(wèi)星“醫(yī)院”

地面監(jiān)測接收機必須配備監(jiān)測站——衛(wèi)星“醫(yī)院”，用以進行數(shù)據(jù)采集和處理。這些數(shù)據(jù)不僅是衛(wèi)星數(shù)據(jù)，還包括監(jiān)測站相應區(qū)域的氣候、溫度、濕度、氣壓等信息。

“我們的監(jiān)測站就像是‘中樞神經(jīng)，把地面監(jiān)測接收機里所有信息吸納過來，發(fā)送出去，接受外部的反饋信息，然后告訴地面監(jiān)測接收機那個衛(wèi)星是‘健康的。”中國電科20所所長助理、監(jiān)測站總師任小偉說。

為確保北斗二號的可靠性，衛(wèi)星“醫(yī)院”的數(shù)據(jù)采集和傳輸必須確保一年365天不能斷，為確保北斗二號系統(tǒng)精準度，其數(shù)據(jù)采集還必須有盡量廣的覆蓋面。在建設監(jiān)測站的時候，需要通盤考慮這些因素。

從沿海到高原，從西藏的無人區(qū)到新疆的邊境線，僅有9個人的建設團隊在6年間橫跨了整個中國進行站點的布局，面對高溫高濕高寒缺氧的環(huán)境，在系統(tǒng)設計的時候就需要考慮到設備的冗余備份，保障數(shù)據(jù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。北斗系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)處理時間不得超過0.4秒，以往的軟件處理時間不能夠滿足標準要求，但20所通過創(chuàng)造性的研制出數(shù)據(jù)硬件處理設備，通過硬件傳輸和處理信息確保了數(shù)據(jù)處理的實時性。

根據(jù)國務院發(fā)布的《中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)》白皮書，中國將在2020年前后，完成35顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，為全球用戶提供服務。目前，中國電科已經(jīng)派出了22名衛(wèi)星“醫(yī)生”，并布局了22個監(jiān)測站，在廣袤大地上守護“星星”們的健康，為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)全球化布局提供堅實的工程和技術保障。