風(fēng)云極軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)的第一“落腳地”——佳木斯氣象衛(wèi)星地面站采訪側(cè)記

■侯美亭 成偉玲

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風(fēng)云極軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)的第一“落腳地”——佳木斯氣象衛(wèi)星地面站采訪側(cè)記

■侯美亭 成偉玲

如果把氣象衛(wèi)星比作一支進(jìn)入太空完成探測任務(wù)的風(fēng)箏，那么控制風(fēng)箏的線變成了衛(wèi)星聯(lián)系地面的無線電波，而手握這根線的，就是分布在世界各地的衛(wèi)星地面站。佳木斯氣象衛(wèi)星地面站（以下簡稱佳木斯站）是我國本土的四個(gè)氣象衛(wèi)星地面站之一，其主要職責(zé)就是接收中國和世界上其他極軌氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)。佳木斯站與北京、廣州、烏魯木齊及瑞典基律納站一起構(gòu)成了風(fēng)云氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)全球接收網(wǎng)，各站的地面數(shù)據(jù)接收覆蓋如圖1所示。作為我國東北部的衛(wèi)星站，佳木斯站最大接收范圍為北至俄羅斯東北部、西至我國新疆境內(nèi)、南至我國長江流域、東至日本東部海洋的近圓形區(qū)域。

據(jù)佳木斯站王健站長介紹，2004年建站之初，面臨著無經(jīng)驗(yàn)、無專業(yè)人員甚至衛(wèi)星系統(tǒng)都沒見過等諸多困難。經(jīng)過兩年的艱苦努力，完成了項(xiàng)目選址、可行性研究、立項(xiàng)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、征地、審批等項(xiàng)目前期工作。在2007年底，F(xiàn)Y-3氣象衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)一期工程土建建設(shè)完成。2008年5月29日，佳木斯站成功接收到FY-3A星發(fā)回的第一軌探測資料。目前，佳木斯站已經(jīng)形成一套成熟的業(yè)務(wù)體系（鏈接1）：按照業(yè)務(wù)種類區(qū)分，包括了極軌系統(tǒng)、靜止系統(tǒng)、空間天氣系統(tǒng)等；按照業(yè)務(wù)運(yùn)行方式區(qū)分，可分為站管理系統(tǒng)、天線系統(tǒng)、信道系統(tǒng)、進(jìn)機(jī)系統(tǒng)、存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及服務(wù)系統(tǒng)等。

作為我國東北部的衛(wèi)星站，佳木斯站最大接收范圍為北至俄羅斯東北部、西至我國新疆境內(nèi)、南至我國長江流域、東至日本東部海洋的近圓形區(qū)域。

陳東風(fēng)副站長介紹了星上數(shù)據(jù)向地面站傳輸?shù)木唧w過程。傳輸可分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和延時(shí)數(shù)據(jù)傳輸兩部分。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸是指數(shù)據(jù)在星上獲取后同步下發(fā)至地面接收站，再由地面接收站同步接收并傳輸至衛(wèi)星中心數(shù)據(jù)匯集，快速生成應(yīng)用產(chǎn)品，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)一般應(yīng)用于全國性氣象、環(huán)境產(chǎn)品或空間天氣應(yīng)用；延時(shí)數(shù)據(jù)傳輸是指將衛(wèi)星在地面接收區(qū)以外獲取的數(shù)據(jù)在到達(dá)地面接收區(qū)域后進(jìn)行下發(fā)，地面站在接收的同時(shí)實(shí)時(shí)傳輸至衛(wèi)星中心，形成全天全球應(yīng)用產(chǎn)品。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)全球廣播，衛(wèi)星過指定地面站時(shí)下發(fā)全球延時(shí)數(shù)據(jù)，出指定站時(shí)記錄全球數(shù)據(jù)。

極軌業(yè)務(wù)與靜止業(yè)務(wù)的主要內(nèi)容都是衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)的接收，都是通過微波為載體傳輸?shù)降孛嬲荆儆傻孛嬲就ㄟ^龐大的專用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匯集，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞椒椒ú槐M相同。然而，兩種衛(wèi)星的應(yīng)用方式不同，靜止衛(wèi)星距離地球較遠(yuǎn)，約為36000km，相對(duì)地球靜止，適用于全國范圍的大型區(qū)域快速觀測，數(shù)據(jù)更新頻率快，單次觀測數(shù)據(jù)覆蓋范圍廣，可進(jìn)行短時(shí)大部分區(qū)域的連續(xù)性觀測，適用于連續(xù)性的云圖動(dòng)態(tài)觀測；極軌衛(wèi)星距離地球較近，平均為880km，數(shù)據(jù)精細(xì)度較高，觀測圖像更加細(xì)致清晰，適用于局部地區(qū)的區(qū)域性連續(xù)觀測以及全球資料的積累觀測。

圖1　風(fēng)云衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站網(wǎng)二維覆蓋圖：不同顏色的線表示線內(nèi)所屬范圍為各站天線在5°仰角時(shí)的接收范圍，綠色線圈內(nèi)為佳木斯站接收范圍（國家衛(wèi)星氣象中心朱愛軍研究員 提供）

鏈接1 佳木斯站的數(shù)據(jù)接收和處理

主要接收：

-國內(nèi)風(fēng)云三號(hào)A、B、C三顆極軌衛(wèi)星的L、X雙頻段以及風(fēng)云二號(hào)D靜止衛(wèi)星S頻段；

-國外NOAA系列極軌衛(wèi)星L頻段、EOS/MODIS系列極軌衛(wèi)星L頻段、NPP系列極軌衛(wèi)星多頻段、SPOT系列極軌衛(wèi)星X頻段；

-WMO成員和機(jī)構(gòu)衛(wèi)星多頻段兼容接收。

數(shù)據(jù)處理：

-快速的優(yōu)化拼接，形成最佳質(zhì)量的Level-0數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)至衛(wèi)星中心數(shù)據(jù)服務(wù)室。

-目前已經(jīng)具備風(fēng)云三號(hào)A、B、C三星以及EOS/MODIS的Level-0數(shù)據(jù)處理能力，能夠快速的將Level-0數(shù)據(jù)處理為Level-1數(shù)據(jù)，并可為用戶提供直傳服務(wù)。

對(duì)于京外的地面站，極軌業(yè)務(wù)一般占業(yè)務(wù)比重相對(duì)較大。極軌業(yè)務(wù)天線通常分布于全站院區(qū)的各個(gè)角落，且有著較高的部署要求（各天線相距最短距離嚴(yán)格限制）、環(huán)境要求（電磁環(huán)境無干擾、建筑環(huán)境限高無遮擋）和轉(zhuǎn)動(dòng)性能要求（半球面旋轉(zhuǎn)范圍、最大角速度可達(dá)20°/s），單星任務(wù)間隔約104分鐘，可進(jìn)行多星并行業(yè)務(wù)；靜止業(yè)務(wù)一般以測距業(yè)務(wù)為主，是主站必備的附屬業(yè)務(wù)系統(tǒng)，靜止業(yè)務(wù)天線一般相對(duì)集中，部署方面除單方向無遮擋要求外并無其他嚴(yán)格要求。佳木斯站業(yè)務(wù)運(yùn)行科吳斌科長介紹，佳木斯站靜止天線部署于院區(qū)的西南方向，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍較小，業(yè)務(wù)時(shí)間上屬定時(shí)性業(yè)務(wù)，專星專用業(yè)務(wù)（鏈接2）。

總體上來說，佳木斯地面站的業(yè)務(wù)系統(tǒng)為自動(dòng)化附加人工維護(hù)的狀態(tài)，主要的日常業(yè)務(wù)是氣象衛(wèi)星的入軌跟蹤、數(shù)據(jù)接收、資料傳輸及接收設(shè)備設(shè)施維修維護(hù)等。地面站依照衛(wèi)星中心下發(fā)的任務(wù)表進(jìn)行站內(nèi)調(diào)度逐一執(zhí)行，數(shù)據(jù)在本地實(shí)時(shí)緩存實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)至衛(wèi)星中心匯集。以上業(yè)務(wù)流程目前均處于計(jì)算機(jī)程序化自動(dòng)控制狀態(tài)，但為了萬無一失，配備人工值守巡視巡檢等人工業(yè)務(wù)，以及業(yè)務(wù)設(shè)備的定期維護(hù)、應(yīng)急預(yù)案。

佳木斯站還是宣傳氣象很好的陣地。伴隨地面站的建設(shè)，全站職工一直想辦法，利用邊角碎料，甚至是礦泉水瓶、廢舊鐵鍋等，做出了逼真的氣象衛(wèi)星和接收天線等的模型。地面站辦公室陳榮主任帶領(lǐng)我們參觀站上占地200m2的科普宣傳展廳（圖3），她說，這個(gè)即將正式向社會(huì)開放的氣象衛(wèi)星專題科普展廳，以氣象衛(wèi)星科技為主題，重點(diǎn)開展保護(hù)生態(tài)環(huán)境、防災(zāi)減災(zāi)，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)、科技創(chuàng)新等內(nèi)容的宣傳教育。

（作者單位：侯美亭，中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院；成偉玲，國家衛(wèi)星氣象中心）

鏈接2佳木斯站的數(shù)據(jù)接收天線

天線：

-極軌系統(tǒng)12m口徑卡塞格倫式天線2部（圖2）以及在建1部、待建1部；

-4.2m口徑天線2部，靜止系統(tǒng)5米口徑拉桿式天線1部，待建2部。

圖2　佳木斯站極軌衛(wèi)星系統(tǒng)12m口徑卡塞格倫式天線

數(shù)據(jù)接收：

-同時(shí)跟蹤4顆極軌氣象衛(wèi)星、1顆靜止氣象衛(wèi)星；

-以上天線全部建成后可同時(shí)跟蹤6顆極軌氣象衛(wèi)星及3顆靜止氣象衛(wèi)星。

受到接收解調(diào)系統(tǒng)設(shè)備限制，目前佳木斯站僅能同時(shí)處理2顆極軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收和1顆靜止衛(wèi)星的測距，待天線全部建成后，將具備同時(shí)處理多顆極軌衛(wèi)星接收和多顆靜止衛(wèi)星測距能力。

圖3　佳木斯站衛(wèi)星科普宣傳展廳