氣象衛(wèi)星地面站數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)關(guān)鍵流程分析及故障處理

摘要：本文介紹了烏魯木齊氣象衛(wèi)星地面站喀什分站數(shù)據(jù)接收任務(wù)及地面數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的組成和功能。對數(shù)據(jù)接收的關(guān)鍵流程，包括接收計劃、運行接收、數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵點進行了分析。同時，總結(jié)了衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)中常見故障的類型及排除方法，以確保衛(wèi)星數(shù)據(jù)能夠完整和穩(wěn)定地傳輸。

關(guān)鍵詞：氣象衛(wèi)星；數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)；運行流程；故障處理

氣象衛(wèi)星地面數(shù)據(jù)接收站在衛(wèi)星氣象事業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色。它們通過接收、處理和分發(fā)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，為氣象預(yù)報、氣候研究、國際合作和災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)提供支持，推動衛(wèi)星氣象事業(yè)的發(fā)展和進步[1-2]。烏魯木齊氣象衛(wèi)星地面站目前承擔著我國FY3C、FY3D、FY3E、FY3F、FY3G衛(wèi)星的數(shù)據(jù)接收任務(wù)，其地面數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)從2008年的FY3（01批）已經(jīng)發(fā)展到目前的FY3（03批），具備多星多任務(wù)的接收能力。隨著我國衛(wèi)星氣象事業(yè)的不斷發(fā)展[3-5]，為顯著提高西部地區(qū)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的快速服務(wù)能力，在2017年又建成了烏魯木齊氣象衛(wèi)星地面站前端接收站——喀什分站。喀什分站先后承擔了FY3D、BF1A、BF1B、FY3E、FY3G、FY3F等衛(wèi)星的數(shù)據(jù)接收任務(wù)，其數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)由FY-3（02）批和FY-3（03）批兩大系統(tǒng)組成。03批系統(tǒng)已于3月份完成驗收測試，并與02批系統(tǒng)進行了軟件升級和初步融合，形成了既獨立又相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可靠性。本文主要分析了喀什分站設(shè)備運行的關(guān)鍵流程及故障維護情況。

一、數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)組成及功能

喀什前端站的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)由FY-3（02）批和FY-3（03）批數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)組成。FY-3（02）批包括三部12米天線，而FY-3（03）批包括一部12米天線。后端系統(tǒng)配備了七條MPT接收信道和九條DPT接收信道。通過對02批天線信道的升級改造，使得02批建設(shè)的系統(tǒng)能夠接收03批衛(wèi)星數(shù)據(jù)，確保在兩顆衛(wèi)星同時過境時，有兩套天線可以同時進行接收。

喀什前端站的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與烏魯木齊站相似，主要包含以下分系統(tǒng)：天線、伺服及饋源分系統(tǒng)；實時數(shù)據(jù)廣播接收信道（MPT）及進機分包分系統(tǒng)；延時數(shù)據(jù)廣播接收信道（DPT）及進機分包分系統(tǒng)；站運行管理分系統(tǒng)；衛(wèi)星模擬器；測試分系統(tǒng)；星地對接分系統(tǒng)；站存儲及轉(zhuǎn)發(fā)分系統(tǒng)；移動標校分系統(tǒng)。

整套系統(tǒng)能夠執(zhí)行多星下發(fā)的數(shù)據(jù)接收任務(wù)的調(diào)度。站管系統(tǒng)負責接收來自集成運行控制系統(tǒng)的調(diào)度命令、業(yè)務(wù)運行時間表、軌道根數(shù)及預(yù)報數(shù)據(jù)。在任務(wù)開始前五分鐘，天線和伺服分系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)調(diào)整方位和俯仰軸的位置，同時將傾斜軸預(yù)置到衛(wèi)星即將過頂?shù)姆轿弧８鶕?jù)跟蹤捕獲參數(shù)，完成極化、頻率、捕獲帶寬等參數(shù)的設(shè)置。在任務(wù)執(zhí)行過程中，使用X頻段自跟蹤衛(wèi)星，進機系統(tǒng)對接收圖像數(shù)據(jù)進行快視顯示，并記錄存儲接收到的資料以便實時轉(zhuǎn)發(fā)。接收完成后，站管系統(tǒng)會對資料進行質(zhì)量評估，并將報告?zhèn)魉徒o集成運行控制系統(tǒng)，同時傳送遙測數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)和運行狀態(tài)等信息。系統(tǒng)具備巡檢、狀態(tài)收集、日志文件生成、故障報警等功能，以及遠程故障診斷和遠程參數(shù)修改的能力[6]。站運行管理分系統(tǒng)的時間頻率功能負責為地面站各分系統(tǒng)統(tǒng)一授時，確保整個系統(tǒng)的同步運行。

二、運行接收監(jiān)控的關(guān)鍵流程

為確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，運行接收技術(shù)人員需要通過觀察和分析設(shè)備的告警指示信息來判斷系統(tǒng)鏈路的異常情況運行接收技術(shù)人員保障系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，需要通過觀察和分析設(shè)備的告警指示信息來判斷出系統(tǒng)鏈路的異常情況[7-8]。這要求他們具備快速排查故障原因和定位故障部位的能為。因此，數(shù)據(jù)接收的關(guān)鍵流程中，包括接收計劃、運行接收、數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵點，都應(yīng)進行密切監(jiān)控[9]。

（一）接收計劃下發(fā)流程

運行控制中心定期向站運行管理軟件（簡稱站管）下發(fā)軌道參數(shù)，站管軟件負責完成軌道參數(shù)的判別和解析，并返回確認信息。同時，站管軟件將這些軌道參數(shù)存儲至數(shù)據(jù)庫中保存。此外，站管軟件還接收來自集成運行控制中心的業(yè)務(wù)運行時間表等調(diào)度指令，并對接收計劃進行沖突檢查。這一過程涉及在接收計劃存儲庫中查找所有當前仍有效的接收計劃，逐一檢查新的接收計劃與當前仍有效的接收計劃在執(zhí)行時間和使用設(shè)備上是否沖突，然后返回業(yè)務(wù)運行時間表的接受或拒絕確認信息。站管軟件的運行調(diào)度模塊將接收到的業(yè)務(wù)運行時間表下發(fā)給設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視模塊和運行狀態(tài)監(jiān)視模塊，使它們能夠自動完成設(shè)備參數(shù)配置、軌道預(yù)報、軌道顯示以及接收任務(wù)下發(fā)。特別是要密切關(guān)注進機分包設(shè)備的反饋狀態(tài)是否正常。每天自動加載任務(wù)計劃完成后，還需與運行控制中心認真核對任務(wù)計劃，包括接收任務(wù)總數(shù)、軌道號和接收時間。在衛(wèi)星入境開始前，按照預(yù)置的任務(wù)下發(fā)時間，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視模塊向其他相關(guān)設(shè)備發(fā)送控制包，同時運行狀態(tài)監(jiān)視模塊向MPT進機設(shè)備和DPT進機設(shè)備發(fā)送業(yè)務(wù)時間表任務(wù)。

（二）接收流程

當站運行管理分系統(tǒng)的調(diào)度管理設(shè)備向其他設(shè)備下達任務(wù)執(zhí)行指令后，數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)便進入任務(wù)執(zhí)行流程。首先，在接收任務(wù)開始前，系統(tǒng)進行任務(wù)準備。站運行管理分系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)計劃表中的信息，對天線、伺服、變頻器、射頻開關(guān)矩陣、中頻開關(guān)矩陣、解調(diào)器、快視進機分包等設(shè)備進行自動組合配置和參數(shù)設(shè)置。同時，將軌道軌跡文件發(fā)送到天線控制單元（ACU），ACU自動計算傾斜軸的擺位角度，并將傾斜軸控制到預(yù)設(shè)位置。待到位后，傾斜軸轉(zhuǎn)入待機方式，隨后方位俯仰轉(zhuǎn)入程序跟蹤方式。如果任務(wù)進站時間未到，系統(tǒng)會自動將方位、俯仰引導(dǎo)至進站點等待。

任務(wù)開始后，天線先進入程序跟蹤狀態(tài)。天線控制單元和天線驅(qū)動單元控制天線運轉(zhuǎn)，確保天線對準衛(wèi)星。在俯仰角5°前捕獲到衛(wèi)星，并且AGC電壓大于跟蹤門限后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入自動跟蹤狀態(tài)。此時，接收解調(diào)、快視和記錄設(shè)備對信號進行放大、變頻、解調(diào)、譯碼、圖像數(shù)據(jù)快視、數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存。同時，站運行管理分系統(tǒng)實時采集天線的測角數(shù)據(jù)并進行星下點軌跡顯示[10]。在自動跟蹤過程中，如果信號減弱不滿足自跟蹤條件，天線系統(tǒng)會自動轉(zhuǎn)入程序跟蹤狀態(tài)，再次嘗試捕獲衛(wèi)星。本次任務(wù)執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)會生成運行日志并準備轉(zhuǎn)入下次任務(wù)，直至所有任務(wù)執(zhí)行完畢。在任務(wù)執(zhí)行期間，站運行管理分系統(tǒng)負責對系統(tǒng)的運行進行監(jiān)視，并向集成運行控制系統(tǒng)上報情況。

（三）數(shù)據(jù)傳輸流程

集成運行控制系統(tǒng)首先根據(jù) FY-3 衛(wèi)星軌道根數(shù)制定各站的任務(wù)計劃，并將計劃下發(fā)到各站運行管理分系統(tǒng)。站運行管理分系統(tǒng)在接收到集成運行控制系統(tǒng)下發(fā)的時間表、軌道根數(shù)、MPT解密密鑰文件和調(diào)度指令后，編排任務(wù)計劃并計算預(yù)報數(shù)據(jù)，指揮調(diào)度各接收分系統(tǒng)執(zhí)行接收任務(wù)。

當任務(wù)執(zhí)行時，站運行管理分系統(tǒng)不斷從各接收分系統(tǒng)采集設(shè)備狀態(tài)、衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)和測角數(shù)據(jù)，并實時將設(shè)備狀態(tài)、運行狀態(tài)、遙測數(shù)據(jù)和頻譜信息等數(shù)據(jù)回傳至集成運行控制系統(tǒng)。延時數(shù)據(jù)（DPT）接收信道及進機分包分系統(tǒng)實時將衛(wèi)星數(shù)據(jù)分塊后寫入站共享盤陣。實時數(shù)據(jù)（MPT）接收信道及進機分包分系統(tǒng)從站運行管理分系統(tǒng)獲取MPT解密密鑰，在執(zhí)行接收任務(wù)時，實時將衛(wèi)星數(shù)據(jù)按指定格式分塊寫入站共享盤陣。

通信傳輸設(shè)備根據(jù)時間表將盤陣中的衛(wèi)星數(shù)據(jù)回傳至資料處理系統(tǒng)。接收任務(wù)完成后，站運行管理分系統(tǒng)將反映本次接收情況的運行報告、運行日志等數(shù)據(jù)和測角數(shù)據(jù)一起回傳至集成運行控制系統(tǒng)。對于主傳數(shù)據(jù)丟幀較多時需及時備份衛(wèi)星數(shù)據(jù)，以防止數(shù)據(jù)過期刪除。

三、接收系統(tǒng)常見故障處理

衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且任務(wù)密度大，因此值班員需要具備快速反應(yīng)和解決問題的能力。他們必須根據(jù)系統(tǒng)的鏈路信息和監(jiān)控信息來確定故障設(shè)備的具體位置和原因。根據(jù)實際情況，值班員需迅速調(diào)整鏈路結(jié)構(gòu)并替換故障設(shè)備，以確保衛(wèi)星數(shù)據(jù)的完整和穩(wěn)定傳輸。

（一）故障類型

運行接收設(shè)備常見的故障類型主要分為三類：系統(tǒng)故障、設(shè)備故障和鏈路故障。系統(tǒng)故障涉及整個數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，可能由軟件或硬件問題引發(fā)。面對這類故障，值班員需要迅速確定故障的具體原因，并采取相應(yīng)的修復(fù)措施。這通常包括重新啟動系統(tǒng)、修復(fù)軟件中的錯誤或更換出現(xiàn)故障的硬件設(shè)備等。設(shè)備故障指的是具體的接收設(shè)備或傳輸設(shè)備出現(xiàn)的故障。在這種情況下，值班員需要依據(jù)監(jiān)控信息快速定位故障設(shè)備，并進行必要的維修或更換操作。為了確保數(shù)據(jù)接收的連續(xù)性和穩(wěn)定性，可能需要調(diào)用備用設(shè)備來替換故障設(shè)備。鏈路故障則是數(shù)據(jù)傳輸鏈路中出現(xiàn)的故障，這種故障可能是由于網(wǎng)絡(luò)問題或通信設(shè)備故障引起的。值班員需要通過分析監(jiān)控信息快速找到故障鏈路的位置，并采取有效措施進行修復(fù)。這可能包括重新配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、更換通信線路或調(diào)整鏈路結(jié)構(gòu)等操作。

（二）常見故障處理

接收設(shè)備需要24小時不間斷運行，因此下變頻器、高、低速解調(diào)器、進機分包等設(shè)備出現(xiàn)故障的頻次也會增大。特別是高、低速解調(diào)器和進機設(shè)備在更換和系統(tǒng)重裝后，可能會因為硬件匹配問題導(dǎo)致在接收軌道過程中出現(xiàn)前端天線跟蹤正常，變頻器工作正常，但解調(diào)器不鎖定或進機設(shè)備數(shù)據(jù)不進機的情況。這種類型的故障發(fā)生頻率較高，因此值班員需要時刻關(guān)注接收流程執(zhí)行情況，檢查各設(shè)備參數(shù)是否到位，并密切監(jiān)視數(shù)據(jù)進機情況。一旦出現(xiàn)故障，需要快速采取手動措施，以確保軌道接收的正常進行。在排除故障時，需要注意以下幾個方面：第一是檢查設(shè)備之間的連接是否正常，包括電源、信號線等；第二是嘗試重啟設(shè)備，看是否能夠解決問題；第三是如果設(shè)備損壞或出現(xiàn)故障，需要及時更改通道配置，更換備用設(shè)備；第四是對一些參數(shù)進行調(diào)整，看是否能夠解決問題；第五是如果以上方法無法解決問題，需要及時聯(lián)系廠家技術(shù)支持，尋求幫助。以下是常見故障的類型和快速應(yīng)急處理方法，以便為后期進行系統(tǒng)優(yōu)化和改進提供支持。

1.高速解調(diào)器不鎖定故障

影響高速解調(diào)器不能正常工作的最常見的原因有幾種情況。首先是接收設(shè)備新舊共用，通過開關(guān)矩陣經(jīng)常切換更改信道；其次是入口端的輸入電平不滿足解調(diào)器的輸入電平范圍要求；再次是解調(diào)器系統(tǒng)負荷過大造成的系統(tǒng)資源混亂。這些情況在接收任務(wù)中故障狀態(tài)和處理方法有以下幾種表現(xiàn)：（1）站管下發(fā)宏配置時，高速解調(diào)器反饋控制不到位，任務(wù)下發(fā)失敗。解決方法是手動在下發(fā)宏配置界面重新下發(fā)參數(shù)配置任務(wù)。（2）高速解調(diào)器信號鎖定，但高速進機分包卻不進機。這是信號假鎖定的表現(xiàn)，需要觀察Eb/N0值、信號電平的實時測量值是否正常，將軟件控制方式由遠控模式改為本控模式，重啟解調(diào)器并手動加載宏配置，之后數(shù)據(jù)進機恢復(fù)正常。（3）高速解調(diào)器不鎖定，軟件界面操作無反應(yīng)，機器死機。解決方法是完全斷電關(guān)閉設(shè)備，再加電重啟解調(diào)器，手動加載宏配置，再切回到遠控模式。（4）開啟高速解調(diào)器監(jiān)控軟件時報錯，彈出找不到硬件對話框，這是由于找不到板卡引起的。這時需要檢查板卡是否松動，如果有松動，可以重新插拔板卡解決。

2.天線ACU軟件故障和跟蹤異常

（1）12米天線ACU預(yù)置時報錯。重啟軟件，手動在站管重新下發(fā)引導(dǎo)文件。（2）天線在起始角度跟蹤到仰角5°后，自動跟蹤和程序跟蹤不斷切換，AGC電壓忽高忽低，導(dǎo)致進機數(shù)據(jù)大量丟幀。這時取消“自動轉(zhuǎn)X跟蹤”的選項，在程序跟蹤的基礎(chǔ)上根據(jù)AGC電壓調(diào)整方位和俯仰的偏置角，減小軌道預(yù)報的偏差，使天線對準衛(wèi)星。

3.站管軟件故障

站管軟件報錯或軟件運行卡頓延遲。這是系統(tǒng)資源占用導(dǎo)致，重新啟動站管計算機，日常維護要求站管計算機一周重啟一次，定期進行硬盤碎片整理和硬盤掃描工具。

4.下變頻器故障

（1）高速進機分包數(shù)據(jù)不進機。經(jīng)逐級排查，高速解調(diào)器不鎖，參數(shù)配置正確，故障定位在S/720M下變頻器，經(jīng)檢測輸出增益不對，切換備用變頻器鏈路

配置。（2）站管下發(fā)給變頻器任務(wù)失敗，無法遠程控制，監(jiān)控界面指示燈為灰色。檢查變頻器工作狀態(tài)，這時最快的解決方法是本控設(shè)置參數(shù)，所以要熟記每顆衛(wèi)星的接收頻率，接收完成后檢查網(wǎng)絡(luò)通信連接。

四、結(jié)束語

地面站的作用并不僅限于接收和處理衛(wèi)星數(shù)據(jù)，更重要的是使應(yīng)用者能夠通過高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)進行準確分析和解讀，從而為決策者提供重要的科學(xué)依據(jù)。喀什分站自建成以來，所接收和處理的國內(nèi)外對地觀測衛(wèi)星的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，在我國遙感應(yīng)用的各個領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收業(yè)務(wù)的平穩(wěn)運行與技術(shù)人員嚴謹?shù)牟僮骱透呒夹g(shù)水平的設(shè)備維護密不可分。隨著新系統(tǒng)、新平臺和新設(shè)備的升級換代，技術(shù)人員面臨著新的挑戰(zhàn)，尤其是一些突發(fā)故障。通過對整個地面接收系統(tǒng)的深度掌握，技術(shù)人員可以及時發(fā)現(xiàn)并分析定位異常設(shè)備，快速解決故障。此外，日常及時做好關(guān)鍵設(shè)備的備份工作也是確保衛(wèi)星數(shù)據(jù)的可靠性和準確性的重要措施。

作者單位：周曉麗 林宇婷 趙信一 烏魯木齊氣象衛(wèi)星地面站

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周曉麗（1976.01-），女，漢族，新疆，本科，高工，研究方向：氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收與應(yīng)用；

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