邀上北斗去探空，直上青天揮浮云
——北斗探空系統研制成功

邀上北斗去探空，直上青天揮浮云
——北斗探空系統研制成功

北京長峰微電科技有限公司總經理趙宏忠

北斗衛星導航系統已經應用于氣象觀測、災害監測和氣象信息的收集和發布，包括大氣風向風速、水汽含量、電子密度、海風海浪、雷電觀測和預警等,提升了氣象觀測、預報和災害預警發布水平，增強了氣象領域的防災減災能力。

2013年10月3日，北京長峰微電科技有限公司（以下簡稱長峰微電）自主項目——北斗探空系統開發成功，提升了高空探測精度，促進了北斗示范應用項目的推進力度。為此，本刊記者來到北斗探空系統的研制地，專訪了中國航天科工集團二院23所北京長峰微電科技有限公司趙宏忠總經理。

◎記者：長峰微電的主要研究領域是什么，有哪些與北斗相關的技術和產品？

◎趙宏忠：長峰微電成立于1989年，隸屬于中國航天科工二院23所。公司擁有聲表面波器件、LC濾波器和EMI濾波器三條國軍標生產線和一條電裝生產線。中國80%以上的星用聲表面波器件均由長峰微電提供。長峰微電于2006開始研發GPS探空儀，目前在中國氣象局的指導下，已研發成功了北斗探空儀。

★ GPS探空儀

◎記者：北斗探空系統是如何立項的？當時的背景是什么？

◎趙宏忠：世界各國目前進行高空氣象觀測的手段主要包括衛星、氣象飛機、地面雷達和探空系統等，并相互結合以期獲得最準確的氣象數據。這些手段當中，只有探空系統中的探空儀能夠升到高空中直接“接觸”氣象，其獲得的數據通常被認為最準確，也因此被當作其他高空氣象探測系統的校準系統。中國軍事氣象探測只能使用基于北斗衛星導航的探空系統獲取氣象要素，進行軍事氣象保障和大氣科學研究，才能從源頭上保障軍事氣象探測的安全與準確。

長峰微電于2006年開始研發GPS探空儀，2009-2010年參加了中國氣象局氣象探測中心組織的3次國產GPS探空儀系統的比對考核，連續三次獲綜合評比第一名。2010年4月中國氣象局指定長峰微電作為主力隊，代表中國參加了同年7月由國際氣象組織（WMO）舉辦的第八屆國際GPS探空儀比對試驗，取得了綜合得分世界第四名、亞洲第一名的成績。在所有國內的參賽單位中，只有長峰微電研制的GPS探空系統獲得這樣的評價，是中國生產的、唯一滿足WMO要求的GPS探空儀。長峰微電的探空系統已經成功出口到印度、馬來西亞、韓國、越南等國家。

北斗探空系統于2011年9月立項。在研發過程中，科研人員不斷優化溫度采集模塊設計，改進溫度傳感器防輻射涂覆材料，先后開展50多次精密試驗，將溫度的高空探測精度從GPS探空系統的1℃提高到北斗探空系統的0.5℃以內。2013年10月國家氣象局組織了探空比對，已經完成靜態考核。11月底開始進行動態考核，進展順利。動態考核通過后，北斗探空將具備業務運行資質 。

★ 探空儀比對現場

◎記者：北斗探空系統的組成、主要功能是什么？

◎趙宏忠：北斗探空系統由北斗探空儀和地面接收系統構成，可以獲取溫度、濕度、風速、風向、氣壓等氣象數據。長峰微電的探空儀已形成球載式、機載下投式和火箭搭載式探空儀等系列產品。地面接收系統由探空信號接收天線、地面接收機、地基衛星信號接收站、基測箱、接收軟件及終端計算機組成。探空信號接收天線在計算機控制下實現對探空儀的自動跟蹤。接收機將接收的探空儀信號解調成數字信息后，送給終端計算機。由探空儀和地基衛星信號接收站提供的導航信息共同完成差分定位。終端計算機完成收集、處理探空數據、數據校驗和糾錯，并具有系統故障監測和報警功能。

與GPS探空系統相比，北斗探空系統標校效率大大提高，數據的一致性與產品的合格率也有大幅度提高。

★ 地面接收機

◎記者：請您介紹一下北斗探空系統的工作過程。

◎趙宏忠：北斗探空系統是從GPS探空系統技術平臺發展而來，它使用北斗系統提供的定位信息，可以進行風場、高度和氣壓數據的解算，需要時可以同時接收GPS信息進行相互校準，從而提高相關氣象要素的探測精度。與GPS探空系統相比，其標校效率大大提高，數據的一致性與產品的合格率也有大幅度提高。以球載式探空儀為例，北斗探空儀搭載氣球從地面載入空中，在升空的過程中，探空儀會傳回實時的氣象數據。一般情況下，探空氣球能上升的高度不會超過40km。地面接收系統在終端計算機的控制下完成對探空儀的自動跟蹤、探空儀號的接收和探空數據的實時處理，并根據用戶的要求生成各種氣象數據和報告。

★ 探空系統接收軟件界面

◎記者：在北斗示范應用項目“大氣海洋和空間監測預警示范應用”中，北斗探空系統占據舉足輕重的位置，其探測成果將用于哪些方面的應用研究？

◎趙宏忠：通過北斗探空系統提供的溫度、氣壓、風速、風向、濕度等物理量，可推進“大氣海洋和空間監測預警示范應用”在以下幾個方面展開研究：

1）通過計算可以得到位溫的垂直廓線，根據位溫分布進一步計算出邊界層高度，研究影響邊界層高度的因子，以及邊界層高度與海霧、層云之間的關系；

2）通過研究溫度廓線，反映出逆溫層的變化，進一步討論逆溫層對海霧生成、消散的作用；

3）探空數據與大尺度數據場相結合，解釋海霧個例的成因，為預報海霧提供理論基礎；

4）為數值模式的計算結果提供實測數據的驗證，方便利用模式進一步分析海霧成因；

5）提高模式預報海霧的準確性；

6）研究海洋上空對流層的水汽狀況，確定水汽的變化對海洋和陸地氣候變化的影響；

7）研究海面至1km高度范圍內邊界層的氣象要素變化對天氣的影響；

8）通過采集的數據展開對大氣波導的研究。

◎記者：除了常規氣象預報外，北斗探空系統還可用于哪些方面？

◎趙宏忠：北斗探空系統應用領域廣泛、發展前景廣闊，除常規氣象預報外，還可以用于海洋氣候研究、高空氣象探測等，也是海監船、遠洋科考船等出海工作的必備設備，同時可用于大氣科學研究、氣候預測、智能化農業、工業監控及白色家電等方面。

隨著北斗衛星導航系統建設不斷推進，中國高空探測系統將全面實現基于北斗定位的升級換代，加快北斗產業在氣象、海洋等行業應用的快速推廣應用。

★ 接收天線

★ 探空儀生產線

◎記者：與GPS探空系統相比，北斗探空系統有哪些優勢和不足？

◎趙宏忠：與GPS探空系統相比，北斗探空系統的優勢主要是：解決了中國軍、民高空探測的安全性問題；北斗探空系統是基于成熟的GPS探空系統的技術平臺，但屬于升級版的探空系統。不足是：由于探空儀用的北斗接收模塊的產量還沒有上規模，采購價格居高不下，直接導致探空儀的價格沒有優勢；北斗導航系統全球組網沒有完成，探空儀使用的地域受限。

◎記者：長峰微電開發的北斗探空系統和GPS探空系統最近進行了哪些比對試驗？具體結果如何？

◎趙宏忠：自2012年11月以來，長峰微電開發的北斗探空系統做過上百次的同球比對試驗，比對的地點有廣東陽江和北京南郊氣象站。結果表明，北斗探空系統的綜合性能明顯優于GPS探空系統。

◎記者：北斗探空系統研制成功后，中國高空探測系統將全面實現升級換代，請問對北斗產業的促進作用如何？

◎趙宏忠：長峰微電研發出基于北斗定位技術的探空系統，可以完全解決高空探測系統的自主性和安全性問題。隨著北斗衛星導航系統建設不斷推進，中國高空探測系統將全面實現基于北斗定位的升級換代，加快北斗產業在氣象、海洋等行業應用的快速推廣應用。同時，這將是北斗走向世界的示范性名片，意義深遠。

◎記者：2013年10月初，國務院辦公廳公布《國家衛星導航產業中長期發展規劃》，在業內引起很大反響。《規劃》明確了重點發展方向和主要任務，在促進行業創新應用中指出，大力推進衛星導航產品和服務在重要行業及領域的規模化應用。請問此項政策的頒布對北斗產業有何促進作用？

◎趙宏忠：此項發展規劃說明國家在完善導航基礎設施、突破核心關鍵技術，以及促進行業創新應用等方面，已經有詳細的計劃與安排。在國家的需求和政策牽引和指導下，北斗產業加速向前發展，北斗探空系統會因此直接受益。北斗探空系統將會提升至更高的技術水平，更完善的性能、更低廉的價格，提供更好的服務。

· 本刊記者|贠敏

· 特約記者|武云東

· 攝影|靳穎