邀上北斗去探空，直上青天揮浮云
——北斗探空系統(tǒng)研制成功

北京長峰微電科技有限公司總經(jīng)理趙宏忠

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于氣象觀測、災(zāi)害監(jiān)測和氣象信息的收集和發(fā)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(yù)警等,提升了氣象觀測、預(yù)報和災(zāi)害預(yù)警發(fā)布水平，增強了氣象領(lǐng)域的防災(zāi)減災(zāi)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(tǒng)開發(fā)成功，提升了高空探測精度，促進了北斗示范應(yīng)用項目的推進力度。為此，本刊記者來到北斗探空系統(tǒng)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(jīng)理。

◎記者：長峰微電的主要研究領(lǐng)域是什么，有哪些與北斗相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)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(chǎn)線和一條電裝生產(chǎn)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(fā)GPS探空儀，目前在中國氣象局的指導(dǎo)下，已研發(fā)成功了北斗探空儀。

★ GPS探空儀

◎記者：北斗探空系統(tǒng)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(wèi)星、氣象飛機、地面雷達和探空系統(tǒng)等，并相互結(jié)合以期獲得最準確的氣象數(shù)據(jù)。這些手段當中，只有探空系統(tǒng)中的探空儀能夠升到高空中直接“接觸”氣象，其獲得的數(shù)據(jù)通常被認為最準確，也因此被當作其他高空氣象探測系統(tǒng)的校準系統(tǒng)。中國軍事氣象探測只能使用基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的探空系統(tǒng)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(fā)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(chǎn)GPS探空儀系統(tǒng)的比對考核，連續(xù)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(nèi)的參賽單位中，只有長峰微電研制的GPS探空系統(tǒng)獲得這樣的評價，是中國生產(chǎn)的、唯一滿足WMO要求的GPS探空儀。長峰微電的探空系統(tǒng)已經(jīng)成功出口到印度、馬來西亞、韓國、越南等國家。

北斗探空系統(tǒng)于2011年9月立項。在研發(fā)過程中，科研人員不斷優(yōu)化溫度采集模塊設(shè)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(tǒng)的1℃提高到北斗探空系統(tǒng)的0.5℃以內(nèi)。2013年10月國家氣象局組織了探空比對，已經(jīng)完成靜態(tài)考核。11月底開始進行動態(tài)考核，進展順利。動態(tài)考核通過后，北斗探空將具備業(yè)務(wù)運行資質(zhì) 。

★ 探空儀比對現(xiàn)場

◎記者：北斗探空系統(tǒng)的組成、主要功能是什么？

◎趙宏忠：北斗探空系統(tǒng)由北斗探空儀和地面接收系統(tǒng)構(gòu)成，可以獲取溫度、濕度、風速、風向、氣壓等氣象數(shù)據(jù)。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(chǎn)品。地面接收系統(tǒng)由探空信號接收天線、地面接收機、地基衛(wèi)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(xiàn)對探空儀的自動跟蹤。接收機將接收的探空儀信號解調(diào)成數(shù)字信息后，送給終端計算機。由探空儀和地基衛(wèi)星信號接收站提供的導(dǎo)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(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)校驗和糾錯，并具有系統(tǒng)故障監(jiān)測和報警功能。

與GPS探空系統(tǒng)相比，北斗探空系統(tǒng)標校效率大大提高，數(shù)據(jù)的一致性與產(chǎn)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(tǒng)的工作過程。

◎趙宏忠：北斗探空系統(tǒng)是從GPS探空系統(tǒng)技術(shù)平臺發(fā)展而來，它使用北斗系統(tǒng)提供的定位信息，可以進行風場、高度和氣壓數(shù)據(jù)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(guān)氣象要素的探測精度。與GPS探空系統(tǒng)相比，其標校效率大大提高，數(shù)據(jù)的一致性與產(chǎn)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(shù)據(jù)。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(tǒng)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(shù)據(jù)的實時處理，并根據(jù)用戶的要求生成各種氣象數(shù)據(jù)和報告。

★ 探空系統(tǒng)接收軟件界面

◎記者：在北斗示范應(yīng)用項目“大氣海洋和空間監(jiān)測預(yù)警示范應(yīng)用”中，北斗探空系統(tǒng)占據(jù)舉足輕重的位置，其探測成果將用于哪些方面的應(yīng)用研究？

◎趙宏忠：通過北斗探空系統(tǒng)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(jiān)測預(yù)警示范應(yīng)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(jù)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(guān)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(shù)據(jù)與大尺度數(shù)據(jù)場相結(jié)合，解釋海霧個例的成因，為預(yù)報海霧提供理論基礎(chǔ)；

4）為數(shù)值模式的計算結(jié)果提供實測數(shù)據(jù)的驗證，方便利用模式進一步分析海霧成因；

5）提高模式預(yù)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(nèi)邊界層的氣象要素變化對天氣的影響；

8）通過采集的數(shù)據(jù)展開對大氣波導(dǎo)的研究。

◎記者：除了常規(guī)氣象預(yù)報外，北斗探空系統(tǒng)還可用于哪些方面？

◎趙宏忠：北斗探空系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、發(fā)展前景廣闊，除常規(guī)氣象預(yù)報外，還可以用于海洋氣候研究、高空氣象探測等，也是海監(jiān)船、遠洋科考船等出海工作的必備設(shè)備，同時可用于大氣科學研究、氣候預(yù)測、智能化農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)控及白色家電等方面。

隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)不斷推進，中國高空探測系統(tǒng)將全面實現(xiàn)基于北斗定位的升級換代，加快北斗產(chǎn)業(yè)在氣象、海洋等行業(yè)應(yīng)用的快速推廣應(yīng)用。

★ 接收天線

★ 探空儀生產(chǎn)線

◎記者：與GPS探空系統(tǒng)相比，北斗探空系統(tǒng)有哪些優(yōu)勢和不足？

◎趙宏忠：與GPS探空系統(tǒng)相比，北斗探空系統(tǒng)的優(yōu)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(tǒng)是基于成熟的GPS探空系統(tǒng)的技術(shù)平臺，但屬于升級版的探空系統(tǒng)。不足是：由于探空儀用的北斗接收模塊的產(chǎn)量還沒有上規(guī)模，采購價格居高不下，直接導(dǎo)致探空儀的價格沒有優(yōu)勢；北斗導(dǎo)航系統(tǒng)全球組網(wǎng)沒有完成，探空儀使用的地域受限。

◎記者：長峰微電開發(fā)的北斗探空系統(tǒng)和GPS探空系統(tǒng)最近進行了哪些比對試驗？具體結(jié)果如何？

◎趙宏忠：自2012年11月以來，長峰微電開發(fā)的北斗探空系統(tǒng)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(jié)果表明，北斗探空系統(tǒng)的綜合性能明顯優(yōu)于GPS探空系統(tǒng)。

◎記者：北斗探空系統(tǒng)研制成功后，中國高空探測系統(tǒng)將全面實現(xiàn)升級換代，請問對北斗產(chǎn)業(yè)的促進作用如何？

◎趙宏忠：長峰微電研發(fā)出基于北斗定位技術(shù)的探空系統(tǒng)，可以完全解決高空探測系統(tǒng)的自主性和安全性問題。隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)不斷推進，中國高空探測系統(tǒng)將全面實現(xiàn)基于北斗定位的升級換代，加快北斗產(chǎn)業(yè)在氣象、海洋等行業(yè)應(yīng)用的快速推廣應(yīng)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(wù)院辦公廳公布《國家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，在業(yè)內(nèi)引起很大反響。《規(guī)劃》明確了重點發(fā)展方向和主要任務(wù)，在促進行業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用中指出，大力推進衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品和服務(wù)在重要行業(yè)及領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。請問此項政策的頒布對北斗產(chǎn)業(yè)有何促進作用？

◎趙宏忠：此項發(fā)展規(guī)劃說明國家在完善導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施、突破核心關(guān)鍵技術(shù)，以及促進行業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用等方面，已經(jīng)有詳細的計劃與安排。在國家的需求和政策牽引和指導(dǎo)下，北斗產(chǎn)業(yè)加速向前發(fā)展，北斗探空系統(tǒng)會因此直接受益。北斗探空系統(tǒng)將會提升至更高的技術(shù)水平，更完善的性能、更低廉的價格，提供更好的服務(wù)。

· 本刊記者|贠敏

· 特約記者|武云東

· 攝影|靳穎