北斗二號的“衛星醫生”

　　■本報記者 丁佳 通訊員 尚素娟

　　在近日召開的國家科學技術獎勵大會上，北斗二號衛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“醫生”立下了汗馬功勞。

　　它有一雙“千里眼”，可以穿越星海“望”到北斗二號衛星軌道，并能精準地找到衛星的位置；它有一對“順風耳”，能“聽”懂衛星“語言”，把衛星信號轉化成數據，監測、判斷衛星的信號質量和星歷信息；它有一顆“玲瓏心”，通過悉心“查”看，評判衛星健康與否。

　　除了醫術精湛，它還配有精心建設的高、精、尖的“醫院”——監測站，確保診斷結果精準有效地傳回“診斷中心”。

　　它就是北斗二號衛星導航系統建設核心支撐單位之一——中國電子科技集團公司20所（以下簡稱中國電科20所）為北斗二號衛星工程量身定制的地面監測接收機，業界人稱“衛星醫生”。

　　國產零的突破

　　“衛星醫生”醫術精湛，它的來歷同樣也不簡單。眾所周知，只有“健康”的衛星才可以參與定位服務，地面監測接收機主要作用于精準“找到”衛星，理解衛星的“語言”，專業評判出一顆衛星是否“健康”。

　　這個“診療”過程聽起來很簡單，但據一位技術專家介紹：“別看地面監測接收機身材‘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的技術難點。”

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

　　然而，受限于大規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“地面監測接收機”國產化零的突破，太難太難。

　　“腦洞”孕育高超醫術

　　雖然困難重重，但是中國電科20所卻突破思維，創造性地提出“分布式”的設計理念，攻關團隊首先對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，但在整機上集成時，則必須考慮到在有限的空間內實現多平臺的協同工作。分平臺的技術難點本身很難突破，工程任務進度節點迫在眉睫，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，便完成了大型聯調聯試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，實現了整機裝備國產化率高達90%以上，對北斗系統精密定軌、完好性監測起到重要的支撐作用，為北斗系統全面國產化成功“試水”，在性能上填補了國內空白，達到國際領先水平，被業界譽為“國內高性能衛星信號接收設備的制高點”。

　　最勤奮的衛星“醫院”

　　地面監測接收機必須配備監測站——衛星“醫院”，用以進行數據采集和處理。這些數據不僅是衛星數據，還包括監測站相應區域的氣候、溫度、濕度、氣壓等信息。

　　“我們的監測站就像是‘中樞神經’，把地面監測接收機里所有信息吸納過來，發送出去，接受外部的反饋信息，然后告訴地面監測接收機哪個衛星是‘健康’的。”中國電科20所所長助理、監測站總師任小偉說。

　    為確保北斗二號的可靠性，衛星“醫院”的數據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精準度，其數據采集還必須有盡量廣的覆蓋面。在建設監測站的時候，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境，在系統設計時就需要考慮到設備的冗余備份，保障數據的連續性和穩定性。北斗系統要求數據處理時間不得超過0.4秒，以往的軟件處理時間不夠滿足標準要求，但中國電科20所的科研人員通過創造性的研制出數據硬件處理設備，通過硬件傳輸和處理信息確保了數據處理的實時性。

　　根據國務院發布的《中國北斗衛星導航系統白皮書》，中國將在2020年前后，完成35顆衛星發射組網，為全球用戶提供服務。目前，中國電科已經派出了22名衛星“醫生”，并布局了22個監測站，在廣袤大地上守護“星星”們的健康，為北斗衛星導航系統全球化布局提供堅實的工程和技術保障。

(責編：魏艷、趙竹青)