邀上北斗去探空，直上青天挥浮云——北斗探空系统研制成功

邀上北斗去探空，直上青天挥浮云
——北斗探空系统研制成功

北京长峰微电科技有限公司总经理赵宏忠

北斗卫星导航系统已经应用于气象观测、灾害监测和气象信息的收集和发布，包括大气风向风速、水汽含量、电子密度、海风海浪、雷电观测和预警等,提升了气象观测、预报和灾害预警发布水平，增强了气象领域的防灾减灾能力。

2013年10月3日，北京长峰微电科技有限公司（以下简称长峰微电）自主项目——北斗探空系统开发成功，提升了高空探测精度，促进了北斗示范应用项目的推进力度。为此，本刊记者来到北斗探空系统的研制地，专访了中国航天科工集团二院23所北京长峰微电科技有限公司赵宏忠总经理。

◎记者：长峰微电的主要研究领域是什么，有哪些与北斗相关的技术和产品？

◎赵宏忠：长峰微电成立于1989年，隶属于中国航天科工二院23所。公司拥有声表面波器件、LC滤波器和EMI滤波器三条国军标生产线和一条电装生产线。中国80%以上的星用声表面波器件均由长峰微电提供。长峰微电于2006开始研发GPS探空仪，目前在中国气象局的指导下，已研发成功了北斗探空仪。

★ GPS探空仪

◎记者：北斗探空系统是如何立项的？当时的背景是什么？

◎赵宏忠：世界各国目前进行高空气象观测的手段主要包括卫星、气象飞机、地面雷达和探空系统等，并相互结合以期获得最准确的气象数据。这些手段当中，只有探空系统中的探空仪能够升到高空中直接“接触”气象，其获得的数据通常被认为最准确，也因此被当作其他高空气象探测系统的校准系统。中国军事气象探测只能使用基于北斗卫星导航的探空系统获取气象要素，进行军事气象保障和大气科学研究，才能从源头上保障军事气象探测的安全与准确。

长峰微电于2006年开始研发GPS探空仪，2009-2010年参加了中国气象局气象探测中心组织的3次国产GPS探空仪系统的比对考核，连续三次获综合评比第一名。2010年4月中国气象局指定长峰微电作为主力队，代表中国参加了同年7月由国际气象组织（WMO）举办的第八届国际GPS探空仪比对试验，取得了综合得分世界第四名、亚洲第一名的成绩。在所有国内的参赛单位中，只有长峰微电研制的GPS探空系统获得这样的评价，是中国生产的、唯一满足WMO要求的GPS探空仪。长峰微电的探空系统已经成功出口到印度、马来西亚、韩国、越南等国家。

北斗探空系统于2011年9月立项。在研发过程中，科研人员不断优化温度采集模块设计，改进温度传感器防辐射涂覆材料，先后开展50多次精密试验，将温度的高空探测精度从GPS探空系统的1℃提高到北斗探空系统的0.5℃以内。2013年10月国家气象局组织了探空比对，已经完成静态考核。11月底开始进行动态考核，进展顺利。动态考核通过后，北斗探空将具备业务运行资质 。

★ 探空仪比对现场

◎记者：北斗探空系统的组成、主要功能是什么？

◎赵宏忠：北斗探空系统由北斗探空仪和地面接收系统构成，可以获取温度、湿度、风速、风向、气压等气象数据。长峰微电的探空仪已形成球载式、机载下投式和火箭搭载式探空仪等系列产品。地面接收系统由探空信号接收天线、地面接收机、地基卫星信号接收站、基测箱、接收软件及终端计算机组成。探空信号接收天线在计算机控制下实现对探空仪的自动跟踪。接收机将接收的探空仪信号解调成数字信息后，送给终端计算机。由探空仪和地基卫星信号接收站提供的导航信息共同完成差分定位。终端计算机完成收集、处理探空数据、数据校验和纠错，并具有系统故障监测和报警功能。

与GPS探空系统相比，北斗探空系统标校效率大大提高，数据的一致性与产品的合格率也有大幅度提高。

★ 地面接收机

◎记者：请您介绍一下北斗探空系统的工作过程。

◎赵宏忠：北斗探空系统是从GPS探空系统技术平台发展而来，它使用北斗系统提供的定位信息，可以进行风场、高度和气压数据的解算，需要时可以同时接收GPS信息进行相互校准，从而提高相关气象要素的探测精度。与GPS探空系统相比，其标校效率大大提高，数据的一致性与产品的合格率也有大幅度提高。以球载式探空仪为例，北斗探空仪搭载气球从地面载入空中，在升空的过程中，探空仪会传回实时的气象数据。一般情况下，探空气球能上升的高度不会超过40km。地面接收系统在终端计算机的控制下完成对探空仪的自动跟踪、探空仪号的接收和探空数据的实时处理，并根据用户的要求生成各种气象数据和报告。

★ 探空系统接收软件界面

◎记者：在北斗示范应用项目“大气海洋和空间监测预警示范应用”中，北斗探空系统占据举足轻重的位置，其探测成果将用于哪些方面的应用研究？

◎赵宏忠：通过北斗探空系统提供的温度、气压、风速、风向、湿度等物理量，可推进“大气海洋和空间监测预警示范应用”在以下几个方面展开研究：

1）通过计算可以得到位温的垂直廓线，根据位温分布进一步计算出边界层高度，研究影响边界层高度的因子，以及边界层高度与海雾、层云之间的关系；

2）通过研究温度廓线，反映出逆温层的变化，进一步讨论逆温层对海雾生成、消散的作用；

3）探空数据与大尺度数据场相结合，解释海雾个例的成因，为预报海雾提供理论基础；

4）为数值模式的计算结果提供实测数据的验证，方便利用模式进一步分析海雾成因；

5）提高模式预报海雾的准确性；

6）研究海洋上空对流层的水汽状况，确定水汽的变化对海洋和陆地气候变化的影响；

7）研究海面至1km高度范围内边界层的气象要素变化对天气的影响；

8）通过采集的数据展开对大气波导的研究。

◎记者：除了常规气象预报外，北斗探空系统还可用于哪些方面？

◎赵宏忠：北斗探空系统应用领域广泛、发展前景广阔，除常规气象预报外，还可以用于海洋气候研究、高空气象探测等，也是海监船、远洋科考船等出海工作的必备设备，同时可用于大气科学研究、气候预测、智能化农业、工业监控及白色家电等方面。

随着北斗卫星导航系统建设不断推进，中国高空探测系统将全面实现基于北斗定位的升级换代，加快北斗产业在气象、海洋等行业应用的快速推广应用。

★ 接收天线

★ 探空仪生产线

◎记者：与GPS探空系统相比，北斗探空系统有哪些优势和不足？

◎赵宏忠：与GPS探空系统相比，北斗探空系统的优势主要是：解决了中国军、民高空探测的安全性问题；北斗探空系统是基于成熟的GPS探空系统的技术平台，但属于升级版的探空系统。不足是：由于探空仪用的北斗接收模块的产量还没有上规模，采购价格居高不下，直接导致探空仪的价格没有优势；北斗导航系统全球组网没有完成，探空仪使用的地域受限。

◎记者：长峰微电开发的北斗探空系统和GPS探空系统最近进行了哪些比对试验？具体结果如何？

◎赵宏忠：自2012年11月以来，长峰微电开发的北斗探空系统做过上百次的同球比对试验，比对的地点有广东阳江和北京南郊气象站。结果表明，北斗探空系统的综合性能明显优于GPS探空系统。

◎记者：北斗探空系统研制成功后，中国高空探测系统将全面实现升级换代，请问对北斗产业的促进作用如何？

◎赵宏忠：长峰微电研发出基于北斗定位技术的探空系统，可以完全解决高空探测系统的自主性和安全性问题。随着北斗卫星导航系统建设不断推进，中国高空探测系统将全面实现基于北斗定位的升级换代，加快北斗产业在气象、海洋等行业应用的快速推广应用。同时，这将是北斗走向世界的示范性名片，意义深远。

◎记者：2013年10月初，国务院办公厅公布《国家卫星导航产业中长期发展规划》，在业内引起很大反响。《规划》明确了重点发展方向和主要任务，在促进行业创新应用中指出，大力推进卫星导航产品和服务在重要行业及领域的规模化应用。请问此项政策的颁布对北斗产业有何促进作用？

◎赵宏忠：此项发展规划说明国家在完善导航基础设施、突破核心关键技术，以及促进行业创新应用等方面，已经有详细的计划与安排。在国家的需求和政策牵引和指导下，北斗产业加速向前发展，北斗探空系统会因此直接受益。北斗探空系统将会提升至更高的技术水平，更完善的性能、更低廉的价格，提供更好的服务。

· 本刊记者|贠敏

· 特约记者|武云东

· 摄影|靳颖