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航天科技集团九院全方位深度参与北斗卫星导航系统建设纪实
2020-06-23 14:11:04  来源:时动品牌网  编辑:SD-C8116

核心提示:探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国,是我们不懈追求的航天梦。

探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国,是我们不懈追求的航天梦。随着北斗全球系统星座部署完成,我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统成为名副其实的“国家名片”。

在北斗卫星导航系统建设过程中,从工程建设到稳定运行,从推广应用到国际合作,航天科技集团九院全方位深度参与,研制生产的航天电子技术和产品让“北斗”这张国家名片星光闪耀。

一、北斗系统的全方位“建设者”   

作为航天科技集团所属大型科研生产联合体,九院参与了北斗系统中卫星、运载火箭、运控、测控、应用、发射场和星间链路全部七大子系统的建设工作,为工程建设提供了数以万计的高质量高可靠的电子信息系统设备和元器件产品。

在卫星系统中,九院771所突破多项关键技术研制的星载计算机,能够对卫星上各功能模块进行高效可靠的管理和控制,监视整星状态,协调整星工作。作为整星核心设备,星载计算机可靠度在寿命末期仍能达到0.989。九院13所时代光电公司为北斗三号配套的光纤陀螺组件用于卫星偏航姿态角的连续测量,发挥着导航控制的关键作用,并实现在轨零故障。九院704所研制的北斗三号关键载荷导航信号生成器和上行注入处理机、技术水平全国领先的激光星间链路终端、链路跳扩频码设备等重要载荷,是北斗卫星系统的重要组成部分,产品稳定可靠、指标优越,有效支撑了北斗卫星系统的全球组网和健康运行。

跟随北斗系统的建设进程,704所全面参与了北斗地面运控系统一类和二类监测站、高精度监测接收机的研制与装备。作为地面运控系统最核心的设备之一,监测接收机的性能指标将直接影响整个北斗导航系统的最终精度,其重要程度不言而喻。北斗地面运控系统的主控站、注入站和各类监测站均配备了704所研制的监测接收机,用以实现对导航卫星的精密定轨和星座状态的监测,是北斗二号导航系统精密定轨业务的主要数据源,为系统提供持续稳定可靠的服务,在北斗二号卫星工程的建设实施中发挥不可替代的作用。

在北斗三号系统建设中,704所在国内多个研制单位中,再次以比测第一、竞标第一、份额第一的好成绩,续写着新时代的辉煌与荣誉。704所研制的北斗三号监测接收机以其庞大的规模、复杂的计算以及高集成小型化设计、达到国际水平的性能指标,成为引领国内监测接收机的标杆,它以一双“千里眼”穿越星海“找”到卫星位置;以一对“顺风耳”透过太空“听”懂卫星语言;以一颗“玲珑心”细心“查”看卫星健康状态;它是北斗导航卫星的“看护者”,为北斗卫星精密定轨、时间同步和高精度数据监测提供了最有力的支撑。

九院772所是北斗三号元器件自主可控的核心单位,研制的宇航集成电路产品在北斗三号卫星平台、有效载荷等方面得到大批量应用,单星装机使用超过1500只,为工程建设提供了技术水平最高、产品种类最全、使用数量最大、重要程度最高的集成电路产品,为系统的长期稳定在轨运行与服务提供坚实保障。

在运载火箭系统中,托举北斗卫星升空的长三甲系列运载火箭上,771所研制的火箭“大脑”——箭载计算机以100%的成功率为北斗的完美升空保驾护航。13所及所属激光导航公司研制生产的速率陀螺组合、激光惯组,用于火箭制导与姿态控制。作为火箭控制系统的核心设备,两种设备成功执行北斗工程任务38发/次,是确保火箭将北斗卫星精准送入预定轨道的关键。704所为火箭系统研制了80%以上的测量和通信产品。

值得一提的是,2015年3月30日,新一代北斗导航卫星发射任务取得圆满成功。此次发射首次在运载火箭上增加了被称为“太空摆渡车”的远征一号上面级。作为一级独立的飞行器,上面级可以将一个或多个航天器直接送入不同的轨道。13所激光导航公司研制生产的激光惯组作为上面级唯一的惯性测量装置,全程为控制系统提供高精度姿态和速度信息,为卫星精确入轨提供有力保障,是我国高精度、高可靠激光惯性测量装置首次成功应用,填补了国内空白,达到国际先进水平。此外,704所研制的多系统四分集卫星导航接收机具备多种定位模式,为运载火箭高动态、全天候、实时外弹道测量及飞行组合制导提供重要保障,实现了北斗二号卫星引导北斗三号卫星精确入轨。

作为“卫星导航应用国家工程研究中心”挂靠单位,704所是我国重要的国家级卫星导航设备供应商、国内唯一具备导航全产业链研制生产能力的单位,也是国内唯一全面参加北斗卫星导航全部七大子系统建设的单位。除为火箭、卫星和地面运控系统配套关键产品之外,704所的北斗应用终端产品涵盖RDSS与RNSS的各类OEM板卡、模块、单机及系统级产品,全面服务国防建设和行业高端应用;在发射场系统中负责建设的固定测控地面站,对卫星发射及在轨运行期间的遥测、遥控等测控任务发挥着重要作用……由于在北斗导航系统建设中的巨大贡献,704所也因此成为北斗二号卫星工程国家科学技术进步奖特等奖获奖单位之一。

在北斗卫星导航系统工程建设十余载的发展历程中,从539厂的应答机、固放、双工器到773所的微波开关,从7107厂的二浮陀螺仪到825厂、693厂的电连接器及289厂的换流转接器,再到165厂的电磁继电器、200厂的箭上电缆网……“北斗”熠熠闪光的背后,总能找到九院各单位建设者的身影。

二、系统稳定运行的“守护者”

在确保北斗系统连续稳定运行的过程中,九院同样发挥着重要作用。其中,704所全程参与了北斗导航地面测控网的建设过程,承担了卫星遥测接收系统、固定式/移动式统一测控系统、船载统一测控系统等核心装备综合测控基带分系统的研制任务。

早在2007年11月和2008年10月,704所便两次派出员工参加中国第24、25次南极考察队,并在南极大陆建立起中国第一个北斗卫星观测站。由该所研制的观测站核心设备——监测接收机和高精度天线经受住极地恶劣环境考验,获取了北斗二号卫星导航系统第一颗中圆地球轨道(MEO)试验卫星在极地地区的宝贵原始测量数据,增加了观测弧段,极大地提高了卫星定轨精度,为北斗MEO卫星定轨和性能评估积累了宝贵数据和经验。2010年,704所的监测接收机和双模用户机再次被选为指定北斗定位设备,参加北斗二号卫星导航系统定位授时性能评估试验(远洋),装备于雪龙号极地科考船,完成从南极到北极的全球跨越。

704所参与研制装备的北斗二号一类监测站和北斗三号二类监测站,主要通过对卫星信号的收发与高精度测量,实现在轨卫星全弧段高精度轨道、钟差测定和电离层改正,实现星地一体化系统管理与控制,为系统的安全稳定运行提供保障。此外,该所研制的北斗三号监测接收机,需具备同时接收多个系统卫星的20多种信号,近千个独立接收通道,堪称世界上最复杂的卫星导航信号接收设备。目前704所已完成120多台设备的交付,并在30余个各类监测站中提供高精度数据支持和业务处理等服务,是配套数量最多的研制单位,为北斗三号运控系统的稳定运行做出了巨大贡献。

2011年,九院与中国卫星导航系统管理办公室联合成立九院卫星导航系统工程中心暨“中国卫星导航系统管理办公室测试评估研究中心”(以下简称卫导中心)。9年来,作为北斗系统测试评估总体单位,卫导中心主要开展北斗卫星发射前的地面测试对接工作及发射后的在轨评估工作。地面测试对接工作依托北斗地面试验验证系统,在卫星发射前,利用模拟环境对卫星外部接口及相关指标进行全面对接验证,确保各项功能、性能全面满足要求,所有北斗卫星在出厂前都需要经过卫导中心的地面测试后才能出厂放行。卫星发射入轨后,依托地面跟踪站回传数据,对在轨卫星的运行状态和服务性能进行全面评估,为卫星是否具备入网服务条件提供重要数据支撑。

为了保障北斗三号系统的稳定运行,卫导中心在卫星正式入网运行后还有一项重要工作:开展常规化监测评估,并从用户角度及时、科学评价北斗三号系统及单星各项指标。同时,在北斗三号系统运行服务工作中,承担系统基本服务性能测试、iGMAS站址考察、APSCO监测评估系统跟踪站建设等重要任务。

2018年11月19日,九院测试人员沿着我国西北地区“一带一路”沿线开展北斗三号动态服务性能测试。从乌鲁木齐至霍尔果斯全程约700公里,在低温严寒、能见度低、路况较差情况下,测试团队克服种种困难,完成测试任务,为北斗三号基本系统正式开通运行提供了宝贵的数据资源。在蒙古国乌兰固木,开展iGMAS跟踪站站址考察的两名队员克服零下20摄氏度的严寒进行室外作业,在积雪严重覆盖地区徒步考察站址,搭建仪器,开展测试。在孟加拉国,工作人员向孟方技术人员就跟踪站安装调试、数据接收测试等内容进行详细讲解,确保该站点设备稳定运行,数据安全可靠。

从跨省越界到远赴南极,为了系统的稳定运行,九院一支支北斗团队辛勤耕耘、不懈奋斗,让北斗卫星导航系统运行稳定、服务性能不断提升。

三、北斗服务社会、走向世界的“推动者”  

在加速北斗应用,促进北斗走向世界的过程中,九院的卫星导航系统级技术产品也在蓬勃发展。早在2003年,九院704所就成功研制了北斗/GPS/格洛纳斯三系统接收机,实现了北斗系统与其他导航系统的组合定位。

目前,704所卫星导航接收机种类繁多,并拥有具有自主知识产权的导航射频芯片和基带芯片,在高精度、抗干扰等方面技术国内领先。此外,在空间应用领域,由704所研制的基于北斗导航信号处理技术的星载高精度导航定轨接收机已在多个星载型号中得到应用,目前已形成基于北斗导航系统的单星定轨授时、组网星座星间测量以及高轨高灵敏度信号处理的系列化产品体系,为北斗系统在卫星和深空探测等空间领域的应用发挥了重要推动作用。704所卫星导航接收机产品也已形成系列化,年产量达数千台(套),并广泛应用于航天航空各领域。

2013年,中央电视台《我们与藏羚羊》栏目选择九院772所自主研制的北斗导航定位项圈,应用于藏羚羊科考项目,跟踪研究藏羚羊的迁徙规律。近年来,北斗导航定位项圈陆续用于内蒙古“数字牧场”、人工繁殖大熊猫野化放归等项目,将北斗的应用拓展到多个领域。随着北斗三号全球组网成功和北斗全球化发展,九院多家厂所的北斗卫星导航产品还将逐步扩展应用到物流运输、精细农业、旅游探险、环境监测、城市管理、应急救援等经济社会各个领域,实现北斗产业多元化发展,创造北斗全球应用价值。

在推动北斗走向世界的过程中,九院卫导中心建设的信息服务平台作为我国北斗系统官方发布渠道,在用户和系统管理部门间架设了信息交互的桥梁,向全球用户提供北斗运行状态和服务性能信息。

近些年,中俄卫星导航合作得到两国政府高度重视。2017年10月13日,中俄卫星导航重大战略合作项目委员会第四次会议在俄罗斯圣彼得堡成功举行,九院卫导中心作为中俄监测评估工作组中方组长单位全程参与会议。会议期间,九院与俄罗斯有关研究院共同签署了“关于开展卫星导航系统监测评估联合服务的声明”,双方承诺将在中俄项委会的框架下,持续开展卫星导航系统性能监测评估合作,向全球北斗、格洛纳斯用户提供信息服务。

为加深中阿北斗卫星导航技术的合作与交流,2019年4月,在第二届中阿北斗合作论坛期间,九院与阿拉伯信息通信技术组织联合开展了北斗系统测试体验活动,在突尼斯、埃及、苏丹等阿拉伯国家开展了静态、动态测试评价工作,并形成了《中阿联合北斗测试评价结果》成果文件。此次活动使阿拉伯国家用户了解北斗系统在阿拉伯国家的服务情况,加深了中阿北斗卫星导航技术的合作与交流。

在推动与中亚地区卫星导航合作方面,九院同样作出了积极贡献。2019年10月,首届中国—中亚北斗合作论坛在广西南宁成功举办,九院卫导中心与乌兹别克斯坦塔什干信息技术大学代表,签署《北斗/GNSS监测评估合作协议》,该成果纳入《第七届中国—中亚合作论坛(南宁)宣言》。双方同意通过在乌建立静态监测站、开展北斗/GNSS动态测试等活动,将监测评估技术和卫星导航技术更好更快地引入乌兹别克斯坦。并以此为契机,双方共同商讨中国—中亚多边领域卫星导航合作的广阔前景。

北斗星光闪耀,九院功不可没。回顾北斗导航系统工程建设的发展历程,处处有九院大力发展航天电子技术,支撑国家重大工程建设的奋斗足迹。九院将以北斗系统全球组网成功为新的起点,用更多更好的北斗应用技术和产品让北斗星光在全世界更加耀眼。展望未来,九院将继续坚持创新驱动发展战略,以改革创新的毅力和勇气,攀登航天电子技术新高峰,切实践行好用航天科技报效伟大祖国、用航天科技创造美好生活的初心使命。(完)(姚利明)

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九院771所混合集成电路生产现场

九院704所建设的南极卫星观测站

九院13所五星级精密机加生产现场

九院772所研制生产的系列芯片

九院卫导中心监测发布的卫星运行轨迹

九院永丰产业基地


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