[科普中国]-气象卫星地面系统

结构

地面应用系统是气象卫星系统工程中十分重要的组成部分，它负责卫星发射后对卫星有效荷载的运行管理，以及从卫星下传数据的接收、处理、分发、应用、服务。尤其对于静止气象卫星，它的观测功能是通过卫星和地面应用系统协同工作完成的，地面应用系统是星地系统中不可分割的组成部分。

数据接收与测控站数据接收和测控站主要由接收系统、测控系统和通信设备组成。极轨道卫星系统有多个数据接收和测控站，而静止气象卫星系统一般只有一个数据接收和测控站。它的主要功用是接收气象卫星遥感器感测的信息、经由卫星转发的数据收集平台的数据、空间环境监测器的信息以及卫星本身的遥测数据，经通信设备将这些信息送往数据处理中心。它还将卫星控制中心送来的遥控指令发送给气象卫星。此外，静止气象卫星的数据接收与测控站还要把数据处理中心发来的高低分辨率的云图、天气传真图、对数据收集平台的询问信号转发给气象卫星，根据卫星控制中心的指令对卫星进行跟踪测量并将测得的数据送到数据处理中心。

数据处理中心数据处理中心是由计算机、外围设备和相应软件组成。它对数据接收与测控站送来的信息进行记录、处理，提取各种有用信息，制出各种天气图，把各种观测数据变换成定量的气象数据，分发给天气预报部门和其他用户。这个中心还对整个气象卫星系统进行监视和指挥调度。数据处理中心配备高速大容量计算机，现代常采用人机对话系统处理气象卫星数据。这是一种由数据库管理、应用处理机、显示设备和磁盘等组成的系统，使用灵活，适应范围广，能根据用户实际要求提取和判释更多的有用信息。

数据收集系统数据收集系统包括设在陆地、海洋和航空器上的大量自动环境数据收集站，即数据收集平台。配置不同的传感器可收集不同的环境数据，经采样、量化、编码、调制和放大后通过天线发给气象卫星。这些数据可以是气象、海洋、水文、地震等方面的数据。每个气象卫星的数据收集系统可以收集数千个到上万个平台的数据。数据收集平台一般设置在高山、沙漠、海洋、船舶、气球、飞机或人烟稀少的边远地区以及其他需要监视的地区。它们收集到的数据经气象卫星转发，数据接收站接收，送给数据处理中心，经加工处理后分送有关用户。

数据利用站数据利用站是接收气象卫星实时发送的各种云图，供有关地区使用的系统。常用的数据利用站有：自动图像传送云图站，用以接收极轨卫星发送的实时低分辨率模拟云图；高分辨率图像传送云图站，用以接收极轨气象卫星发送的高分辨率数字化云图；小型数据站，用以接收静止气象卫星发送的低分辨率模拟云图；中型数据站，用以接收静止气象卫星发送的高分辨率数字化云图或模拟传真云图。

运行所需人才气象卫星地面应用系统不仅工作的内容多，技术复杂，涵盖专业面广，而且对可靠性的要求高，需要由5个方面的专业人员协同完成:
1，信道专业人员对卫星上下行信道负责，从建设阶段到运行阶段，他们要确保卫星信道的高质量。同时负责卫星与地面应用系统之间在信道技术指标方面关系的协调;卫星数据和指令收发站的设计和建设;卫星发射后，确保上下行各种信号的高可靠、低误码传递到位，如向卫星发送指令和测距，从卫星接收观测数据和事务处理数据等，他们应当是无线电专业的专家。

2，卫星控制和运行的专业人员对卫星运行控制和卫星发射后的业务运行负责，即负责卫星与地面应用系统之间在指令和运行控制方面关系的协调;卫星运行控制中心的设计和建设;卫星发射后的运行控制，会同卫星测控部门共同确保卫星的安全运行;同时也负责地面应用系统的运行，负责解决资料接收处理方面的技术问题。
3，产品专业人员对卫星的应用效果负责，要通过高质量地产生各种产品来实现卫星的应用效益。他们负责卫星应用功能的设定;卫星与地面应用系统在数据定标、定位方案和技术指标方面关系的协调;从卫星下行观测数据中处理出各种产品;不仅要提出资料处理的方案和算法，而且要使得高精度产品在业务工作中可靠地产生，并经得起各种真实性检验;应当是遥感或卫星气象专业的专家，对气象卫星的数据预处理、处理、产品的应用有深刻的理解和丰富的经验。

4，计算机和网络及存档服务专业人员负责软件工程化的工作，为上述3方面的专业人员提供支持，并负责从气象卫星获得大量数据的快速存档检索显示。因为气象卫星地面应用系统中大量的工作是由计算机和网络完成的，而在计算机网络领域，新标准、技术、产品、软件不断涌现，这方面的专业人员在系统中起重要的作用。
5，数据利用站的专业人员要设计并研发性能好、可靠性高、廉价的地面站，并对数据利用站的使用和维护进行指导。1

常见干扰因素1电离层闪烁。当电波穿越电离层时，山于电离层结构的不均匀性和随机时变性，造成信号的振幅、相位、到达角等特性短周期变化形成电离层闪烁电离层闪烁与工作频率、地理位置和太阳活动情况有关。3GHZ频率以不电离层闪烁是最为严重的电离层现象。通常，电离层闪烁最严重时发生在春分前后较为严重在秋分前后。电离层闪烁现象通常持续30拼中到数小时，发生的时间通常在日落后(18：00）到深夜(24：00）结束。
2，卫星星蚀及日凌现象的影响。星蚀现象是指卫星每年春分和秋分前后的各23天中，当星下点(即卫星与地心连线同地球表而的交点胜入当地时间午夜前后此时，卫星、地球、太阳共处在一条直线上，地球挡住阳光，卫星进入地球的阴影区，便会造成卫星的日蚀。星蚀期间，卫星所需的能源依靠蓄电池或燃料电池供给。山于卫星重量限制，星载蓄电池仅能维持星体正常运转的需要很难为各转发器提供充足电能。为了使星蚀现象发生在服务区的通信业务最低的时间内要对卫星星下点，进行位置东移或西移，调整星蚀发生的时I}}以保证卫星的正常工作。但是偏移会使接收站接收卫星的仰角发生变化，会带来不利影响，传输损耗增加，接收场强减弱如接收天线口径较小，天线精准度较差，便会造成卫星信号停顿、断续的现象发生
日凌现象是指每年在春分和秋分前后，卫星处于太阳和地球之间，地球站天线在对准卫星的同时可能也会对准太阳，强大的太阳噪声会影响卫星信号使正常的通信无法进标导致中断的现象发生月亮也会引起同样的问题。但其噪声比太阳弱得么不会造成卫星信号的中断。

3、地面微波干扰的影响。地面微波干扰主要发生在L波段，目前在KU波段的PCVSAT单收站可以不考虑}几扰的问题。如邮电、广电、国防、铁路、油田等系统均设有自己的微波中继线路，每个中继站相隔30公里至50公里。只要本地区的微波中继线使用的频率为4GHZ就会对L波段卫星信号造成不同程度的干扰。干扰情况较重的时候，会出现接收云图的掉线或接收不到。
4、雷电气侯的影响。雷电气侯对卫星接收的影响非常大，微弱的雷电可使接收设备停止工作，卫星信号中断，较强的雷电可损坏高频头及接收卡和卫星数据接收机，严重的情况会造成设备烧毁，甚至人员伤亡。由于卫星接收设备一般安装在楼顶等高处，受到雷击的机会更大，所以避雷的问题非常重要。
5、大风、沙尘、雨雪天气的影响。大风对卫星接收系统的影响巨大，因为卫星天线在安装时前方必须无遮挡，所以大风来临时，卫星天线接收而受到的风压负荷巨大，极易造成卫星天线倾覆、仰角水平角移位的现象出现，使卫星信号中断，影响正常工作。
沙尘、大雪天气的出现，可影响卫星接收系统。当沙尘、降雪较大时，会覆盖卫星接收天线反射而，造成天线焦点偏移，导致接收精度下降、场强减弱，卫星信号会出现停顿、断续的现象。2

风云气象卫星地面应用系统的经验国家卫星气象中心多年来围绕自己的中心工作，引进、培养并在实践中磨练出一支专业门类比较齐全、敬业并有较好科学技术素质的、善于合作共事的队伍。国家卫星气象中心重视引进人才，更重视在实践中发现、培养和考验人才;对业务人员的要求是德才兼备，能干肯干，任劳任怨。对技术人员的评价标准是看他是否为气象卫星事业的发展做出了实实在在的贡献。在这支技术队伍中，总指挥和总师承担着技术领导的作用。他们要知事，知人，不遗余力地推动工作进步。知事指他们的注意力和工作重点要到位，确实放在关键支撑点上，这要求他们对气象卫星地面应用系统中基本科学技术问题有深入地理解。知人指他们要把称职的人放在关键岗位上，这要求他们对所率队伍的德才状况有深入了解，并且公正无私地处理问题。工作中遇到困难时，要烙尽职守和竭尽全力去推动。

国家卫星气象中心重视应用基础科学研究和关键技术，立足于依靠自己的力量解决问题。对于卫星数据处理中的应用基础科学和技术问题，对工作中的难点，下决心组织人员从根本上加以解决。风云2号气象卫星的实践证明，图像定位、定标等关键技术问题的解决，对地面应用系统建设和运行起了非常重要的作用。
重视国际交流。国家卫星气象中心组织人员定期参加同行国际会议，了解国际前沿动向，学习国际同行的科学技术知识、工作方法，同时向国际同行介绍自己的工作，取得国际同行的认可和评价。

重视业务运行，千方百计地提高运行成功率，使用户建立对使用气象卫星资料的信心。地面应用系统投入业务运行以后的表现和可靠性，在设计和建设阶段己经基本确定了。因此必须重视地面应用系统建设的高质量。但是再好的系统也不可能完全不出问题。对于对业务运行中出现的每一个问题和故障，国家卫星气象中心都诊断出故障点位置和故障发生原因，并从管理到技术，落实改进措施，稳步地提高了运行成功率，也使地面应用系统的质量，尤其是软件质量得到进一步提高。3