地面監測接收機：北斗二號的“衛星醫生”

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?！巴钡奖倍范栃l星軌道，并精準的找到衛星的位置；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的中國電子科技集團公司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幾乎所有的技術難點?！?/p>

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其他空中和地面系統的順利運行。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至高點”。

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那個衛星是‘健康的?！敝袊娍?0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，在系統設計的時候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能夠滿足標準要求，但20所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。