氣象衛星地面站數據接收系統關鍵流程分析及故障處理

摘要：本文介紹了烏魯木齊氣象衛星地面站喀什分站數據接收任務及地面數據接收系統的組成和功能。對數據接收的關鍵流程，包括接收計劃、運行接收、數據傳輸等關鍵點進行了分析。同時，總結了衛星數據接收系統中常見故障的類型及排除方法，以確保衛星數據能夠完整和穩定地傳輸。

關鍵詞：氣象衛星；數據接收系統；運行流程；故障處理

氣象衛星地面數據接收站在衛星氣象事業中扮演著至關重要的角色。它們通過接收、處理和分發衛星數據，為氣象預報、氣候研究、國際合作和災害應急響應提供支持，推動衛星氣象事業的發展和進步[1-2]。烏魯木齊氣象衛星地面站目前承擔著我國FY3C、FY3D、FY3E、FY3F、FY3G衛星的數據接收任務，其地面數據接收系統從2008年的FY3（01批）已經發展到目前的FY3（03批），具備多星多任務的接收能力。隨著我國衛星氣象事業的不斷發展[3-5]，為顯著提高西部地區衛星遙感數據的快速服務能力，在2017年又建成了烏魯木齊氣象衛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等衛星的數據接收任務，其數據接收系統由FY-3（02）批和FY-3（03）批兩大系統組成。03批系統已于3月份完成驗收測試，并與02批系統進行了軟件升級和初步融合，形成了既獨立又相互關聯的系統，提高了系統的可靠性。本文主要分析了喀什分站設備運行的關鍵流程及故障維護情況。

一、數據接收系統組成及功能

喀什前端站的數據接收系統由FY-3（02）批和FY-3（03）批數據接收系統組成。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批建設的系統能夠接收03批衛星數據，確保在兩顆衛星同時過境時，有兩套天線可以同時進行接收。

喀什前端站的數據接收系統結構與烏魯木齊站相似，主要包含以下分系統：天線、伺服及饋源分系統；實時數據廣播接收信道（MPT）及進機分包分系統；延時數據廣播接收信道（DPT）及進機分包分系統；站運行管理分系統；衛星模擬器；測試分系統；星地對接分系統；站存儲及轉發分系統；移動標校分系統。

整套系統能夠執行多星下發的數據接收任務的調度。站管系統負責接收來自集成運行控制系統的調度命令、業務運行時間表、軌道根數及預報數據。在任務開始前五分鐘，天線和伺服分系統根據衛星軌道數據調整方位和俯仰軸的位置，同時將傾斜軸預置到衛星即將過頂的方位。根據跟蹤捕獲參數，完成極化、頻率、捕獲帶寬等參數的設置。在任務執行過程中，使用X頻段自跟蹤衛星，進機系統對接收圖像數據進行快視顯示，并記錄存儲接收到的資料以便實時轉發。接收完成后，站管系統會對資料進行質量評估，并將報告傳送給集成運行控制系統，同時傳送遙測數據、設備狀態和運行狀態等信息。系統具備巡檢、狀態收集、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修改的能力[6]。站運行管理分系統的時間頻率功能負責為地面站各分系統統一授時，確保整個系統的同步運行。

二、運行接收監控的關鍵流程

為確保系統的平穩運行，運行接收技術人員需要通過觀察和分析設備的告警指示信息來判斷系統鏈路的異常情況運行接收技術人員保障系統的平穩運行，需要通過觀察和分析設備的告警指示信息來判斷出系統鏈路的異常情況[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，數據接收的關鍵流程中，包括接收計劃、運行接收、數據傳輸等關鍵點，都應進行密切監控[9]。

（一）接收計劃下發流程

運行控制中心定期向站運行管理軟件（簡稱站管）下發軌道參數，站管軟件負責完成軌道參數的判別和解析，并返回確認信息。同時，站管軟件將這些軌道參數存儲至數據庫中保存。此外，站管軟件還接收來自集成運行控制中心的業務運行時間表等調度指令，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行時間和使用設備上是否沖突，然后返回業務運行時間表的接受或拒絕確認信息。站管軟件的運行調度模塊將接收到的業務運行時間表下發給設備狀態監視模塊和運行狀態監視模塊，使它們能夠自動完成設備參數配置、軌道預報、軌道顯示以及接收任務下發。特別是要密切關注進機分包設備的反饋狀態是否正常。每天自動加載任務計劃完成后，還需與運行控制中心認真核對任務計劃，包括接收任務總數、軌道號和接收時間。在衛星入境開始前，按照預置的任務下發時間，設備狀態監視模塊向其他相關設備發送控制包，同時運行狀態監視模塊向MPT進機設備和DPT進機設備發送業務時間表任務。

（二）接收流程

當站運行管理分系統的調度管理設備向其他設備下達任務執行指令后，數據接收系統便進入任務執行流程。首先，在接收任務開始前，系統進行任務準備。站運行管理分系統根據衛星數據接收任務計劃表中的信息，對天線、伺服、變頻器、射頻開關矩陣、中頻開關矩陣、解調器、快視進機分包等設備進行自動組合配置和參數設置。同時，將軌道軌跡文件發送到天線控制單元（ACU），ACU自動計算傾斜軸的擺位角度，并將傾斜軸控制到預設位置。待到位后，傾斜軸轉入待機方式，隨后方位俯仰轉入程序跟蹤方式。如果任務進站時間未到，系統會自動將方位、俯仰引導至進站點等待。

任務開始后，天線先進入程序跟蹤狀態。天線控制單元和天線驅動單元控制天線運轉，確保天線對準衛星。在俯仰角5°前捕獲到衛星，并且AGC電壓大于跟蹤門限后，系統轉入自動跟蹤狀態。此時，接收解調、快視和記錄設備對信號進行放大、變頻、解調、譯碼、圖像數據快視、數據記錄和數據轉存。同時，站運行管理分系統實時采集天線的測角數據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，天線系統會自動轉入程序跟蹤狀態，再次嘗試捕獲衛星。本次任務執行完畢后，系統會生成運行日志并準備轉入下次任務，直至所有任務執行完畢。在任務執行期間，站運行管理分系統負責對系統的運行進行監視，并向集成運行控制系統上報情況。

（三）數據傳輸流程

集成運行控制系統首先根據 FY-3 衛星軌道根數制定各站的任務計劃，并將計劃下發到各站運行管理分系統。站運行管理分系統在接收到集成運行控制系統下發的時間表、軌道根數、MPT解密密鑰文件和調度指令后，編排任務計劃并計算預報數據，指揮調度各接收分系統執行接收任務。

當任務執行時，站運行管理分系統不斷從各接收分系統采集設備狀態、衛星遙測數據和測角數據，并實時將設備狀態、運行狀態、遙測數據和頻譜信息等數據回傳至集成運行控制系統。延時數據（DPT）接收信道及進機分包分系統實時將衛星數據分塊后寫入站共享盤陣。實時數據（MPT）接收信道及進機分包分系統從站運行管理分系統獲取MPT解密密鑰，在執行接收任務時，實時將衛星數據按指定格式分塊寫入站共享盤陣。

通信傳輸設備根據時間表將盤陣中的衛星數據回傳至資料處理系統。接收任務完成后，站運行管理分系統將反映本次接收情況的運行報告、運行日志等數據和測角數據一起回傳至集成運行控制系統。對于主傳數據丟幀較多時需及時備份衛星數據，以防止數據過期刪除。

三、接收系統常見故障處理

衛星數據接收系統的結構復雜且任務密度大，因此值班員需要具備快速反應和解決問題的能力。他們必須根據系統的鏈路信息和監控信息來確定故障設備的具體位置和原因。根據實際情況，值班員需迅速調整鏈路結構并替換故障設備，以確保衛星數據的完整和穩定傳輸。

（一）故障類型

運行接收設備常見的故障類型主要分為三類：系統故障、設備故障和鏈路故障。系統故障涉及整個數據接收系統，可能由軟件或硬件問題引發。面對這類故障，值班員需要迅速確定故障的具體原因，并采取相應的修復措施。這通常包括重新啟動系統、修復軟件中的錯誤或更換出現故障的硬件設備等。設備故障指的是具體的接收設備或傳輸設備出現的故障。在這種情況下，值班員需要依據監控信息快速定位故障設備，并進行必要的維修或更換操作。為了確保數據接收的連續性和穩定性，可能需要調用備用設備來替換故障設備。鏈路故障則是數據傳輸鏈路中出現的故障，這種故障可能是由于網絡問題或通信設備故障引起的。值班員需要通過分析監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。這可能包括重新配置網絡設備、更換通信線路或調整鏈路結構等操作。

（二）常見故障處理

接收設備需要24小時不間斷運行，因此下變頻器、高、低速解調器、進機分包等設備出現故障的頻次也會增大。特別是高、低速解調器和進機設備在更換和系統重裝后，可能會因為硬件匹配問題導致在接收軌道過程中出現前端天線跟蹤正常，變頻器工作正常，但解調器不鎖定或進機設備數據不進機的情況。這種類型的故障發生頻率較高，因此值班員需要時刻關注接收流程執行情況，檢查各設備參數是否到位，并密切監視數據進機情況。一旦出現故障，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；第二是嘗試重啟設備，看是否能夠解決問題；第三是如果設備損壞或出現故障，需要及時更改通道配置，更換備用設備；第四是對一些參數進行調整，看是否能夠解決問題；第五是如果以上方法無法解決問題，需要及時聯系廠家技術支持，尋求幫助。以下是常見故障的類型和快速應急處理方法，以便為后期進行系統優化和改進提供支持。

1.高速解調器不鎖定故障

影響高速解調器不能正常工作的最常見的原因有幾種情況。首先是接收設備新舊共用，通過開關矩陣經常切換更改信道；其次是入口端的輸入電平不滿足解調器的輸入電平范圍要求；再次是解調器系統負荷過大造成的系統資源混亂。這些情況在接收任務中故障狀態和處理方法有以下幾種表現：（1）站管下發宏配置時，高速解調器反饋控制不到位，任務下發失敗。解決方法是手動在下發宏配置界面重新下發參數配置任務。（2）高速解調器信號鎖定，但高速進機分包卻不進機。這是信號假鎖定的表現，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，重啟解調器并手動加載宏配置，之后數據進機恢復正常。（3）高速解調器不鎖定，軟件界面操作無反應，機器死機。解決方法是完全斷電關閉設備，再加電重啟解調器，手動加載宏配置，再切回到遠控模式。（4）開啟高速解調器監控軟件時報錯，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預置時報錯。重啟軟件，手動在站管重新下發引導文件。（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，導致進機數據大量丟幀。這時取消“自動轉X跟蹤”的選項，在程序跟蹤的基礎上根據AGC電壓調整方位和俯仰的偏置角，減小軌道預報的偏差，使天線對準衛星。

3.站管軟件故障

站管軟件報錯或軟件運行卡頓延遲。這是系統資源占用導致，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）高速進機分包數據不進機。經逐級排查，高速解調器不鎖，參數配置正確，故障定位在S/720M下變頻器，經檢測輸出增益不對，切換備用變頻器鏈路

配置。（2）站管下發給變頻器任務失敗，無法遠程控制，監控界面指示燈為灰色。檢查變頻器工作狀態，這時最快的解決方法是本控設置參數，所以要熟記每顆衛星的接收頻率，接收完成后檢查網絡通信連接。

四、結束語

地面站的作用并不僅限于接收和處理衛星數據，更重要的是使應用者能夠通過高質量的觀測數據進行準確分析和解讀，從而為決策者提供重要的科學依據。喀什分站自建成以來，所接收和處理的國內外對地觀測衛星的高質量數據，在我國遙感應用的各個領域已經得到了廣泛應用。衛星數據接收業務的平穩運行與技術人員嚴謹的操作和高技術水平的設備維護密不可分。隨著新系統、新平臺和新設備的升級換代，技術人員面臨著新的挑戰，尤其是一些突發故障。通過對整個地面接收系統的深度掌握，技術人員可以及時發現并分析定位異常設備，快速解決故障。此外，日常及時做好關鍵設備的備份工作也是確保衛星數據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 烏魯木齊氣象衛星地面站

參考文獻

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資助項目：新疆維吾爾自治區重點研發任務專項（2022B03027-1）。

周曉麗（1976.01-），女，漢族，新疆，本科，高工，研究方向：氣象衛星數據接收與應用；

林宇婷（1989.06-），女，漢族，新疆，本科，工程師，研究方向：氣象衛星數據接收與應用；

趙信一（1988.04-），男，漢族，新疆，本科，工程師，研究方向：氣象衛星數據接收與應用。