探访气象卫星地面站：让星地之间“严丝合缝
一甲子一，中国航天沧桑巨变，从无到有，从“一穷二白”到“比肩国际”，正向着“发展航天事业、建设航天强国”的目标奋勇前行。从“东方红一号”卫星发射成功，到以高分、风云、海洋、资源为代表的遥感卫星在气象、农业、林业、减灾、交通等领域广泛应用，应用空间资源为国民经济发展服务，已经成为中国航天一个巨大的转变。
在气象卫星领域，如今已形成美、欧、中三强鼎立的局面，这其中除了我国卫星研制水平的巨大提升之外，地面应用系统愈加先进的技术和愈加完善的管理，为实现星地之间“严丝合缝”的对接提供了的后盾。
这其中，气象卫星地面站的“风云二号”静止气象卫星和“风云三号”极轨气象卫星地面接收系统体现了自主创新和集成创新，工程总体质量和水平达到同期国际先进水平，被专家誉为“天地一体化的典范、地面应用系统的楷模”。在“中国航天日”来临之际，记者走进气象卫星地面站（以下简称地面站）。
位于市海淀区中关村科技园区附近的地面站，拥有便利的交通条件和浓郁的科技氛围，而在三四十年前，这里却是一片稻田，正是因为空旷和偏僻，地面站选址技术小组在进行调查时才注意到这片土地，在综合分析了无线电、气象、地质、供电、供水、交通、通信以及基本生活保障等因素之后，将地面站定址于此地。
“当年的系统全都需要手动操作，无论是接收机房、调动机房还是计算机房，都是一大帮人在伺候一台机器，才能卫星正常的数据接收。”地面站副郎宏山向记者介绍：“原来设备的开机关机和都是手动的，一颗卫星如果晚上2点到4点过境的话，就必须要等到这个时间点去开控制系统，遇到控制计算机出现故障的时候，工作人员需要全程手动，根据信号强度变化和自身经验手动控制天线，才能完成数据接收，保障运行成功率。”
由于机器设备耗损和故障较多，工作人员也练就了一身过硬的维修本领。在上世纪80年代一颗卫星发射的当天，地面的接收天线控制线就被齿轮碾断了，工作人员只能依靠控制线的颜色和标志，把它们一根根焊接起来重新使用。而天线前的馈元罩常被“潮气”，在内部形成积水，当天线俯仰运行到一定角度时，卫星信号和积水面反射的信号因多径效应叠加消弱消失，从而造成接收系统出现盲区，这个故障曾经长时间影响正常业务的进行
后来，地面站对卫星设备进行，前端天线和后端接收系统之后，数据记录设备也随之升级，从磁带机换成了高速运算计算机。直到2002年，地面站用了将近8年时间才将系统彻底稳定下来。时至今日，地面站已经可以实现计算机自动和控制，并保持99.9%以上的接图成功率，每天可接收多达国内外近20颗卫星资料。
走在地面站的大院里，记者看到一个又一个口径十八米左右的“大锅”仰望长空，这些“大锅”其实就是能够实现连续卫星，接收卫星下发的遥测信号、气象遥感数据，向卫星发送遥控指令、数据等各种微波信号的关键设备。
虽然这些天线看着静止不动，但是其实它每时每秒都在不断地转动着。“卫星每天要在天上往返移动两度多，由于天线孔径大，伺服精度高，天线度，为不间断执行遥测遥控任务以及数据接收与，就需要天线一直准确地着卫星，表现在地面上就是天线字。”郎宏山副告诉记者。
要获取卫星的精确数据，就要实现对卫星的精准控制，测距系统就是为卫星“测8字”的系统。为了对卫星高精度定轨和定位，通过伪码测距，以及通过分布在中国的新疆、广州、和的测距副站与主站密切配合，完成对卫星“测8字”的任务。通过改进，地面站的测距系统运行稳定，成功率在98%以上，从而了卫星的定轨定位。
机房里一排排机器显示的就是卫星的全球实时数据和图像。解调器、数据处理器等设备对卫星的原始数据信号进行解调、分、格式解析，并进行实时配准处理，星地协同完成云图的生成。
此外，地面站还可接收到来自沙漠、高山、海洋无人站的气象资料，这些站点采集的地面气象、水文、地质等信息，按的格式、时间发向卫星，由卫星转发。地面站的数据收集分系统则能够对卫星信号进行接收、解调、数据格式解析、平台报文数据分类、平台管理，并将报文数据传输给数据中心存档。
不出户，知天下；不窥牖，见。未来，气象卫星地面站接收业务将以静止卫星为主，逐步取消极轨卫星全球站网功能；通过把现有存档业务调整到运行控制室，逐步建立数据质量和检验业务；通过组建气象卫星业务运行中心，调整站网布局、进一步实现业务集约化，系统更加精干高效，可以更加可靠全面地接收气象卫星资料，更加及时准确地提供卫星气象信息，为全国人民提供更加完善的气象服务。
气象卫星是中国起步最早的民用遥感卫星，经过近30年的发展，已经成为我国民用遥感卫星中效益发挥最好、应用范围最广的卫星。卫星要用得好，一个重要前提是它的数据得下得来、收得到。在现阶段，黑科技还不能让卫星数据直接通过无线网络传到工作人员的电脑里。所以，数据传输少不了“中转站”的帮忙，而这个中转站就是卫星地面站。现在，我国境内一共有、广州、乌鲁木齐、四个气象卫星地面站。它们的诞生过程，就是一个从“一个好汉三个帮”到“多个好汉四个帮”的故事。
1988年9月7日，极轨气象卫星“风云一号”A星搭乘“长征-4A”运载火箭升空。虽然这只是一颗带有试验性质的气象卫星，但就是靠这颗卫星，中国气象学家第一次成功接收到了具有自主知识产权的卫星云图。而早在卫星发射前，科学家就已经在考虑一件事：为“风云一号”这个“好汉”挑选三个数据接收“帮手”。
为什么“帮手”需要凑三个，而它们又是如何被挑选出来的呢？要回答这两个问题，就得先从极轨卫星的特性说开来。
极轨卫星，顾名思义，卫星要一圈圈地绕着两极跑。极轨卫星跑完地球一圈需要101分钟左右，而在24小时内就可以完成一次全球无缝探测。极轨卫星可以看到全球的云、冷暖锋、台风、湖泊、森林、山脉、冰雪、火灾等，但对于我们而言，最重要的还是获取它观测到的中国及周边地区的数据。
以在选址建卫星地面站为例。卫星在天上边飞边观测，当它从北边跑过来后，与地面站的仰角越来越大，当大于5度时，地面站就能接收到卫星数据；后面仰角经历变大到变小的过程，最后直到仰角再次小于5度，这次数据接收过程就结束了。
我国幅员辽阔，南北相距约5500公里，东西相距约5000公里，接收这么大一个范围内的卫星数据，一个“帮手”肯定会“力不从心”，所以科学家们就规划了东、西、南三个地点，各自建设一个数据接收站。在综合分析了站址的电磁、气象、地质、供电、供水、交通、通信以及生活保障等条件后，（东）、乌鲁木齐（西）、广州（南）三个站点被最终敲定。以这三个地点为中心分别画圈，整合起来就能构成一个覆盖中国及周边的接收区。卫星过境时过哪个站，就由这个站帮忙把数据接收下来。
到了2008年，我国极轨气象卫星进入“风云三号”时代，数据量较“风云一号”大增，加上数值天气预报对数据时效性要求高，站网优化就被提上了日程。经过选址，站被纳入了卫星地面站的大家族。
奥运会前夕，“风云三号”A星成功发射。在这颗“奥运星”的数据接收方面，站就正式替代了地面站。因为站址在我国的东北角，数据接收范围较而言往东、往北外推了不少。至此，“四个帮手”就凑齐了。
而在2012年，我们在基律纳又有了气象卫星数据接收系统的首个海外站。这里虽然无人值守，但靠着其自动化业务运行的能力，能够接收“风云三号”及后续系列气象卫星的相关数据，同时具备兼容接收国际同期同类卫星数据的能力，满足了用户对于全球气象数据获取的要求。
告诉大家一个秘密，目前，第五个“帮手”正在赶来的上。我国现在正在筹建喀什卫星站，能在现有基础上把接收范围往西推12度左右。喀什站和乌鲁木齐站的业务有一定重合，将来还可以互为备份。
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