中法海洋卫星总体设计技术难点与解决措施

阎诚 黄耀辉 王丽丽

(航天东方红卫星有限公司，北京 100094)

海浪和海面风场是海洋与大气相互作用最直接的2种要素，因此海浪谱和海面风矢量的观测资料对研究海洋和大气之间的热量、动量和物质交换，以及这种交换对海洋、大气各种物理特性的影响具有重要的意义。卫星遥感技术是在全球海面获取上述2种观测资料最主要的手段。过去数十年，大范围的海浪谱和海面风场观测主要分别依靠星载合成孔径雷达(SAR)和微波散射计。然而，SAR系统设计复杂、数据量大，无法24 h连续对地面进行观测；另外，除了欧洲遥感卫星-1，2(ERS-1，2)，目前还没有同时搭载SAR和散射计的地球观测卫星，这在很大程度上限制了风浪数据的同步获取。

中法海洋卫星是世界上第1颗具备全天时海面风浪联合同步观测能力的遥感卫星，也是我国第1个在系统层面与世界先进宇航机构开展全方位、全流程合作的卫星项目。其主要科学目标是：通过获取全球海表面波浪谱信息和风场信息，开展海洋动力学研究，进而在海洋天气预报、海洋灾害监测、海洋气候变化研究等方面发挥作用。为此，卫星搭载了2个新型的主动微波有效载荷，即法方研制的用于海面波浪谱探测的雷达波谱仪(SWIM)和中方研制的用于海面风场探测的微波散射计(SCAT)。另外，卫星上配备了中法两国联合研制的X频段数传分系统，用于数据存储和传输。卫星平台则完全由中方负责研制。[1-3]

中法海洋卫星平台继承了现有成熟设计，但用于风浪探测的2台主动微波科学载荷均为全新研制，而中法两国开展联合研制的深度合作工作模式也是第1次实施。卫星的诸多全新特点，使卫星在总体设计中面临诸多以往不曾遇到的问题。由于2台有效载荷均为大功率主动微波设备，整星的电磁兼容性能成为决定任务成败的核心要素，星上供电安全也面临严峻考验。深入而全面的国际合作，也带来了诸多以往卫星总体设计中不需要考虑的额外任务，需要通过卫星总体设计加以满足，且没有以往经验可以借鉴。

本文分析了中法海洋卫星总体设计中遇到的主要难点，总结了为解决这些难点而采取的创新性设计措施，同时也介绍了整星针对性的测试、试验的验证结果。中法海洋卫星所采用的设计措施对于后续同类型卫星总体设计具有良好的借鉴意义。

1 卫星简介

中法海洋卫星采用成熟的CAST2000小卫星平台，整星质量652 kg，设计寿命3年，采用降交点地方时07:00 AM、高度521 km的太阳同步轨道。星上配备70 A·h大容量蓄电池和7.548 m2大面积太阳翼，采用基于“星敏感器+动量轮”的零动量三轴稳定姿态控制系统，通过成熟的USB测控体制辅以GPS定轨模式完成卫星的跟踪、测轨、遥测和遥控任务。星地数传通道采用X频段系统，码速率为60 Mbit/s。

雷达波谱仪工作于Ku频段，是一种真实孔径雷达，采用对地圆盘扫描工作方式。6个射频波束均采用线性调频脉冲，通过波束切换来实现分时工作，获取不同入射角条件下、360°方位向的海面小角度准镜面散射信息。由于小入射角观测下海浪谱与真实孔径雷达后向散射系数的调制谱具有线性关系，对不同方位向上获取的雷达散射系数分别处理，可以得到海面波浪的二维方向谱。

微波散射计同样工作在Ku频段，是世界上第1个采用扇形波束扫描工作体制的散射计。与以往的Ku频段散射计一样，中法海洋卫星的微波散射计也使用垂直极化和水平极化2种极化方式，2种波束通过不同的波导缝隙天线实现，并通过圆锥扫描方式获取28°～51°地面入射角、360°方位向的海面布拉格散射信息。由于中等入射角观测下雷达后向散射系数与海面风速呈正相关的关系，且后向散射系数还受观测方位角的调制，因此通过测量不同方位向下海面的后向散射系数可以反演获取海面风场信息。

卫星在轨状态构型如图1所示。

2 卫星总体设计技术难点及解决措施

2.1 概述

结合中法海洋卫星技术特点和使用需求，经过指标分解和任务分析，主要需要在卫星总体设计过程中攻克风浪联合同步观测工作模式设计、小卫星上2台大功率微波设备相互干扰、脉动式设备工作时供电母线安全、产品跨国运输特殊的技术需求、特殊的星上数据存储与回放需求等各项总体设计技术难点。通过采取有效载荷配置与参数优化、加强电磁兼容性设计与验证、“内单外双”准双母线供配电体制、跨国运输产品集中布局、固态存储器分区等创新性设计措施，上述问题得以一一解决，并在研制过程中对解决措施进行了充分的试验验证。

2.2 风浪联合同步观测工作模式设计及解决措施

2.2.1 问题描述

中法海洋卫星的核心任务，就是要实现对海洋高精度、全天时的风浪联合同步观测。卫星总体设计需要从顶层进行规划，在满足卫星在质量、尺寸、功耗、码速率等方面的约束条件同时，保证风浪联合观测的效果与精度。

2.2.2 解决措施与验证结果

在方案论证阶段，中法海洋卫星确定了实现风浪联合同步观测的工程方案，即利用全新研制的雷达波谱仪进行波浪谱探测，利用新型旋转扇形扫描体制的微波散射计进行风场探测。

雷达波谱仪要具备1个星下点0°垂直波束和多个小入射角圆锥扫描倾斜波束。利用文献[4-7]中建立的雷达波谱仪系统仿真模型，通过不断地调整系统设计参数进行仿真迭代优化，最终确定采用2°，4°，6°，8°，10°共5个倾斜波束、每个波束的3 dB带宽为2°、扫描速率为5.7 r/min、信号带宽为320 MHz等核心参数，可以满足波浪谱探测的指标要求。在雷达波谱仪的工程设计中，选择1个垂直波束与5个倾斜波束共用反射面的设计方案，将6个天线馈源集中布置在同一个转动圆盘上，通过转动馈源和固定天线反射面实现对地圆锥扫描。理论仿真研究表明：雷达波谱仪能够测量波长为70～500 m的海浪，方位角分辨率优于20°，波长确定精度为10%～20%，波浪能量估计精度优于20%。卫星在轨测试结果表明：理论预测的指标精度与最新版本的数据结果基本一致。

在微波散射计设计上，经过比较，选用旋转扇形扫描体制，这也是世界上首次在轨应用。相比于传统的笔形波束散射计，旋转扇形扫描散射计具有如下优点：①波束宽度较大(20°)，可以在同一时间获取海面更多入射角的后向散射系数独立观测样本；②可以同时获得俯仰向和方位向后向散射系数的观测样本，便于获取高相干测量数据，提高海面风场反演精度；③由于扇形波束较宽，因此散射计天线可以采用较低的旋转扫描速度获取相同的数据样本数。降低天线转速可以减少转动角动量及转速不稳定所带来的姿态扰动，进而降低对卫星平台承载能力和姿态控制能力的影响，对于卫星总体设计实现小型化、轻量化等工程目标具有重要意义，并可大幅降低卫星研制成本和火箭发射成本；④通过降低天线转速，还可以在方位向数据采集方面获得更多冗余，有利于提高反演产品的空间分辨率。利用文献[8-11]中建立的中法海洋卫星微波散射计的系统仿真模型，详细分析不同设计参数配置下风场的反演精度，并对系统设计参数进行优化。卫星在轨测试结果表明：微波散射计的风速精度优于1.5 m/s，风向精度优于20°，与前期论证结果具有一致性。地面分辨单元则达到12.5 km×12.5 km，大大优于初始指标。

雷达波谱仪和微波散射计在轨均为24 h连续工作。在进行波浪谱和风场同步观测的同时，2个有效载荷的观测数据还可以通过后期处理进行融合，实现更多的应用，真正发挥联合观测的效能。典型产品如图2所示，为与微波散射计同刈幅的海浪有效波高场，系通过融合雷达波谱仪与微波散射计的观测信息计算得到。其中，彩色填色为海浪有效波高值，刈幅中央的灰色数据点为波谱仪观测点。该产品能够将接近星下点的窄刈幅(180 km)海浪观测有效地拓宽，获得与散射计同刈幅宽度(1000 km)的海浪有效波高场。这类风浪观测数据融合产品充分体现了风浪联合观测模式的应用优势，也证明了中法海洋卫星总体设计中风浪联合观测设计的成功。

图2 宽刈幅海浪波高产品Fig.2 Wide swath sea wave height product

2.3 电磁兼容性问题及解决措施

2.3.1 问题描述

中法海洋卫星在总体设计中需要面对的最突出问题，就是在轨运行的电磁兼容性问题。雷达波谱仪和微波散射计均工作在Ku频段，其中心频率间隔仅有319 MHz，频率带宽边缘间隔仅有159 MHz，在轨均为24 h连续观测，各自的射频发射功率均高达120 W，接收设备灵敏度高，其同时工作的模式对卫星的工程研制水平提出了很高要求。同时，卫星采用了CAST2000小卫星公用平台，星体较小，仅有1.4 m×1.4 m×1.3 m，2副舱外有效载荷天线馈源的距离仅有1.5 m左右。在如此狭小有限的空间内，2台大功率微波设备同时工作，且频率非常接近，电磁环境复杂，容易造成一台设备的回波信号误入另一台设备的接收通道，从而产生误码，影响设备的正常工作。因此，避免2台设备的相互电磁干扰，加强电磁兼容性，是卫星总体设计和有效载荷射频设计的重要内容。

2.3.2 解决措施与验证结果

为解决卫星电磁兼容性难题，首先对星上各射频设备的发射与接收特性进行分析，结果见表1。

表1 星上射频设备参数Table 1 On-board RF equipment parameters

通过频率分析，计算各射频设备的接收通道裕度，其中对干扰最敏感的是接收机设计通带和接收机镜像通带。同时，计算各射频设备发射机的发射谱、谐波发射、晶振分谐波发射，接收机本振泄漏；对多发射机的互调干扰、组合干扰等进行分析。分析结果表明：①整星频率配置不存在发射机发射频段落入接收机接收频段的基波干扰现象。②测控应答机六次谐波存在落入雷达波谱仪和微波散射计接收频段的可能性，需要严格限制应答机天线端口和壳体电缆发出的谐波。③测控应答机二次谐波被雷达波谱仪的乱真响应通带所覆盖。虽然由于波导的截止效应，此干扰不会被雷达波谱仪天线送入雷达波谱仪，但有可能被雷达波谱仪的壳体和电缆耦合。④雷达波谱仪本振覆盖了微波散射计的一个乱真响应通带。⑤雷达波谱仪Chirp信号有可能通过中频链路泄漏或线缆耦合，对其他设备造成干扰。⑥数传发射机虽然不会对雷达波谱仪天线、微波散射计天线造成干扰，但有可能通过舱板的孔洞和缝隙耦合到舱内设备上。⑦数传、雷达波谱仪、微波散射计的发射机互调，可能通过GPS天线对GPS接收机产生干扰。

为解决卫星电磁兼容性难题，在总体设计初始阶段，通过任务分析和指标分解，制定了顶层的电磁兼容性设计规范。在研制过程中，利用辐射模型星测试验证有效载荷天线的隔离度，同时根据有效载荷设备的射频实测结果，进行安全裕度分析，并通过整星电磁兼容性试验加以验证，试验与分析结果不断迭代，得到最终的电磁兼容性指标。提升电磁兼容性的具体设计措施包括：①在进行电磁兼容性指标分配时，在雷达波谱仪性能、微波散射计性能、天线隔离度之间进行权衡，最终确定的指标为天线间隔离度为70 dB，雷达波谱仪发射机滤波器带外抑制为46 dB，微波散射计最大允许干扰电平为-138 dB。在此基础上，雷达波谱仪和微波散射计分别进行针对性滤波器设计。②对测控应答机、GPS接收机、数传调制器等平台通用设备，在生产过程中从发射和接收两方面对射频特性进行加严考核。发射功率、接收带宽和接收灵敏度实测值，均以满足电性能指标为原则，不留有太大余量。③在整星构型布局设计中，对数传分系统、雷达波谱仪、微波散射计分舱隔离，各自电缆尽量远离布设。④星内设备、线缆布局应有适当空间，电缆距结构高度应小于1 cm，每隔一定距离固定。⑤数传分系统、雷达波谱仪、微波散射计等具有大功率微波的设备，在舱内布设时应尽量远离穿舱过孔，设备上的接插件不能正对穿舱过孔。⑥舱室之间的穿舱过孔尽量小。⑦对地面(+Z)侧板不应有穿舱过孔。对地测控天线采用法兰穿舱；数传天线、雷达波谱仪天线、微波散射计天线穿舱波导与+Z板的缝隙应尽量小，并涂抹导电胶。⑧星体外表面避免使用接近理想的绝缘材料；若必须要用，则应提供电荷泄漏通路，预防静电放电发生。

在初样阶段，利用辐射模型星进行了试验验证；在正样阶段，进行了2次整星级全状态电磁兼容性试验。历次试验均在微波暗室内开展(见图3)。在电磁兼容性试验中，先进行雷达波谱仪和微波散射计的自检辐射发射(RE)测试，然后模拟在轨工况，进行兼容性测试。测试结果如表2～4所示。

图3 正样电磁兼容性试验Fig.3 Flight model EMC test

表2 雷达波谱仪自检的辐射发射测试结果Table 2 SWIM self test RE results

表3 微波散射计自检的辐射发射测试结果Table 3 SCAT self test RE results

表4 雷达波谱仪和微波散射计兼容性测试结果Table 4 Compatibility results of SWIM and SCAT

表2的结果表明：在雷达波谱仪天线前，电磁干扰(EMI)天线收到的雷达波谱仪发射功率为23.9 dBm和24.4 dBm，计算值为20.66 dBm。在雷达波谱仪天线端口处，要求在微波散射计频段的杂波低于-74 dBm，由于雷达波谱仪和微波散射计频段接近，在微波散射计频段的信号发射状态与在雷达波谱仪频段接近，因此电磁干扰天线处测得的杂波应低于-103.3 dBm，测试结果满足要求。

表3的结果表明：在微波散射计垂直极化天线正对电磁干扰天线情况下，电磁干扰天线收到的微波散射计主份/备份功率均为23.9 dBm，计算值为24.9 dBm。在微波散射计天线端口处，要求在雷达波谱仪频段的杂波低于-42 dBm，由于雷达波谱仪和微波散射计频段接近，在雷达波谱仪频段的信号发射状态与在微波散射计频段接近，则电磁干扰天线处的杂波应低于-67.11 dBm，因此测试结果满足要求。

从电磁兼容性试验结果及在轨表现来看，卫星完全实现了预期的电磁兼容性设计目标，2台大功率Ku频段微波有效载荷在同时开机时都能正常工作，满足使用需求。

2.4 供配电母线脉动干扰问题及解决措施

2.4.1 问题描述

雷达波谱仪和微波散射计所采用的行波管放大器均为脉冲式，在轨均为24 h长期工作，与一般设备较常使用的线性波行波管放大器不同，其在供电母线上会产生较大的脉动式母线反射纹波，与原来独立设计可以稳定运行的电源系统相连构成多级连接的新系统后，卫星母线电压纹波增大，存在不能稳定运行的风险，具体表现为影响电源系统的稳定性与安全性。这样的不稳定和不安全不仅会增加损耗，降低功率能源转换效能，还会对接口元器件的响应特性造成严重影响，如电路中继电器的时间延时特性可能发生改变，导致误动作等。因此，在卫星总体设计中，需要采取针对性措施，抑制施加给供配电母线的脉动干扰，保证供配电母线正常运行。

2.4.2 解决措施与验证结果

国内其他卫星在面临相似问题时，采用双供电母线配置方案，即设置2条完全独立的供电母线，从太阳电池阵开始即进行严格的物理隔离，一条供给平台稳定负载，一条供给有效载荷脉动负载[12]。这样设计的优点是可以有效且彻底地解决有效载荷脉动特性对平台设备的干扰，但缺点是需要设置2套完整的供配电系统，设备数量较多，体积、质量、功耗较大，成本较高，且太阳电池阵发电功率不能在2条母线间动态调配，会造成较大的能源浪费。综合来看，在中法海洋卫星这样的小卫星上采取双母线配置，需要付出较大的代价。

为了同时满足供电安全保障需求和体积质量的约束条件，中法海洋卫星首次设计了“内单外双”的准双母线配置。具体做法是：太阳电池阵充电电流进入电源控制器后，将有效载荷大功率脉动工作部件的供电母线(母线2)与平台其他电子设备的供电母线(母线1)分开，2条母线之间设置了由多只并联电容和滤波电感组成的滤波组件模块，负责平滑有效载荷母线、减小有效载荷负载脉动对平台母线的影响，使卫星各个分系统的设备都能够在稳定、可靠的供电条件下工作，防止有效载荷的脉动特性对卫星母线品质产生影响，进而影响平台设备安全。准双母线供配电系统架构如图4所示。

图4 准双母线供配电系统架构Fig.4 Architecture of pseudo-quasi dual bus power system

为了优化供配电系统在2条母线间的滤波性能，在卫星研制初样阶段，采用外部输入施加小幅值的正弦激励电平量的方法，对电源的输出阻抗进行测量。分别注入不同电压、不同电流、扫频范围0.04～100 kHz的交流信号，结果如表5所示。

表5 不同注入电压/电流下输出阻抗测量结果Table 5 Output resistance measurement results under different input voltage/current

经核算，电源输出阻抗明显小于大功率脉冲负载输入阻抗(如图5所示)，并有一定的增益裕度，能保证整个系统的稳定。在此基础上，通过进一步优化电源输出端滤波电容电感参数，使得改进后的输出阻抗增益裕度更大，整个系统更加稳定。

为了验证整星供配电设计的正确性，在正样阶段所有产品齐套后，进行整星电源品质测试。测试过程中遍历整星外电/内电、雷达波谱仪工作时微波散射计加/断电、微波散射计工作时雷达波谱仪加/断电等多个工况。最终，母线纹波测试结果如表6所示，满足技术指标要求。

表6 整星母线纹波测试结果Table 6 Bus ripple test results of satellite

电源输出阻抗测试结果为供配电系统参数优化提供了依据；电源品质测试结果证明了“内单外双”的准双母线供配电架构设计的正确性。卫星在轨运行期间各设备工作稳定，也表明整星供配电总体设计完全实现了预期目标，完全抑制了大功率脉动设备对整星供电母线的干扰，保护了整星供配电系统的安全。

2.5 产品跨国运输所带来的卫星总体构型设计和力学设计问题及解决措施

2.5.1 问题描述

中法海洋卫星作为国际合作卫星，与国际出口卫星有着本质区别，其国际合作的深度和广度在中国航天领域前所未有，不仅牵涉大量的涉外管理工作内容，而且国际合作的性质深刻地影响着卫星总体设计，需要在总体设计过程中考虑国际合作所带来的特殊需求。产品跨国运输所带来的问题就是其中最典型的例子。

卫星上的雷达波谱仪和数传通道子系统由法方研制。按照法方提出的技术要求和管理标准，上述产品需要在法国完成设备的安装、连接、联试和试验等研制工作。研制完成后不得拆卸，必须整体运输到中国，再整体安装到卫星上。这样，在卫星总体构型设计中就必须将法方所有设备集中安装在一起，并最大限度地考虑到跨国运输的方便性与可实施性，同时还不能影响整星其他性能指标(如电磁兼容性、力学特性、热控功能等)。这是在卫星总体设计中从未遇到过的一大挑战。

2.5.2 解决措施与验证结果

为了满足跨国运输任务需求，同时明确中法两国工作项目之间的接口界面，卫星总体在整星构型布局设计中采取了如下措施。

由于法方研制的雷达波谱仪天线体积巨大，本体尺寸高达2000 mm，甚至高于卫星本体平台舱+载荷舱的垂直高度，因此只能将其垂直置于星体最上方，即+Y载荷舱顶板上。相应的，雷达波谱仪的全部其他设备也都需要装在+Y载荷舱顶板上。其中：电子设备装在舱板朝向星内侧，即+Y载荷舱顶板的-Y侧；雷达波谱仪天线装在舱板朝向星外侧，即+Y载荷舱顶板的+Y侧。

雷达波谱仪所有设备都装在+Y载荷舱顶板上，还会导致整星质心偏高，力学响应特性变差。雷达波谱仪所有设备总质量约为106 kg，是星上质量最大的一个分系统。由于集中安装的要求，一些本来可以装在舱内的雷达波谱仪设备被强制性要求装在载荷舱顶板上，相当于人为地将一部分质量抬高，这样不仅不利于整星的质心控制，而且上述设备进一步远离卫星的星箭对接面，对于整星的力学响应特性和上述设备的力学环境均产生了不利影响。

为了改善整星及雷达波谱仪的力学环境，在总体构型设计和力学设计上采取了如下方案。

(1)将其他分系统质量较大的设备(如蓄电池、阱瓶、中心控制单元、散射计天线等)都尽量布置在卫星垂直方向较低的位置，以平衡雷达波谱仪设备置于星体最高处所带来的整星质心偏高现象。特别是将微波散射计天线布置在整星最低处，在质心配平的同时，也使其与雷达波谱仪天线之间的距离尽可能远，同时兼顾电磁兼容性设计要求。

(2)明确整星主传力路径，要求雷达波谱仪的质量由载荷舱向对接环传递时，主要通过连接隔板、平台底板及对接环之间的6个主传力接头完成(见图6)。

图6 主承力点及长/短隔板Fig.6 Main hold points and long/short partition panels

(3)根据雷达波谱仪天线安装脚的尺寸来决定舱内传力隔板的尺寸及位置，要求雷达波谱仪天线的安装脚落在2块长隔板上，以保证力学传递路径的连续性。平台舱长隔板与载荷舱长隔板上下对齐(见图7)。

(4)在长隔板垂直方向分别设置2块短隔板，以增强结构的受力能力(见图6)。平台舱短隔板与载荷舱短隔板上下对齐(见图7)。

图7 长/短隔板及底板、顶板Fig.7 Long/short partition panels and bottom/upper panels

(5)将对接环由基线状态的660型增大到937型，增大对接环的受力面积，提高结构的稳定性。

(6)在6个主承力点处隔板的内外侧分别设置加强角盒(见图8)，提高局部连接刚度，同时改善隔板与对接环之间的应力分布。

图8 隔板与底板间的角盒加强措施Fig.8 Strengthen connection between partition panel and bottom panel

(7)雷达波谱仪天线设计6个安装脚，每个安装脚设计6个连接点，每6个连接点中有2个或3个点与隔板连接点共用，安装天线时可将天线、顶板与隔板连接在一起，起到进一步加强的作用。

(8)将937对接环与平台底板连接的上法兰厚度由基线产品的5 mm厚度增加为6 mm，下法兰及腹板厚度保持5 mm不变。对接环上法兰加强后，整星横向基频可增加至20 Hz。

在+Y载荷舱顶板上装配调试完成后的整个雷达波谱仪如图9所示，具备整体跨国运输条件。

图9 在+Y载荷舱顶板上装配调试完成后的雷达波谱仪Fig.9 SWIM on +Y payload module panel after accommodation and test

法方数传通道子系统设备体积和质量较小，在构型设计中全部集中放在+Z上侧板，对整星构型及力学响应影响均较小，不需要特殊设计。其中：电子设备装在内侧，即+Z上侧板的-Z侧，数传天线在外侧，即+Z上侧板的+Z侧。

+Y载荷舱顶板和+Z上侧板在中国生产完成后，运往法国进行法方设备的总装测试，然后再将已安装好法方设备的结构板整体运回中国，参加整星总装、测试和试验工作。初样鉴定级力学试验结束后，根据试验结果对构型布局和力学结构进行局部设计优化。正样验收级力学试验结果均表明：卫星结构经受住了正弦振动和随机环境的考核，卫星动力学特性满足设计要求，卫星力学性能未发生明显改变，X，Y，Z方向的一阶共振频率满足运载火箭要求(横向大于18 Hz，纵向大于35 Hz)，试验前后卫星的电性能测试结果均正常且一致性较好。根据力学试验结果可知：考虑产品跨国运输因素完成的卫星总体构型设计与力学设计完全满足卫星任务需求。

2.6 星上数据特殊的存储与回放需求所带来的固态存储器设计与使用问题及解决措施

2.6.1 问题描述

以往卫星上获取的探测数据，都是存储在星上固态存储器中，卫星经过地面站时将固态存储器中的数据回放，回放完成后便可擦除固态存储器中的数据。中法海洋卫星由于是国际合作卫星，根据合作备忘录的要求，在轨探测的科学数据由中法双方用户共享，由此给卫星总体设计带来了一个非常特殊的需求，即：星上数据需要在中法两国地面站分别进行完整回放。

如果采用传统的固态存储器设计，即每次卫星飞经地面站回放、回放完成后擦除，则必然出现中法两国中有一国无法接收数据的问题。唯一的解决方案，就是把固态存储器中的数据在中法两国地面站各回放一遍。但是，中法两国地面站由于地理分布的原因，在对固态存储器的具体使用方式上存在根本性的差异。这种特殊的使用需求所带来的问题，需要从卫星总体设计顶层上加以解决。

2.6.2 解决措施与验证结果

为了满足上述要求，卫星在总体设计中开创性地对星上固态存储器进行了分区设计，固态存储器1区和固态存储器2区分别供法方和中方使用，这是卫星不同于其他卫星的独有特点。星上科学数据在地面站以外区域时，同时进入固态存储器1区和固态存储器2区存储记录；当卫星经过法方地面站时，回放固态存储器1区数据，回放完成后擦除固态存储器1区并重新开始记录，在此期间固态存储器2区一直维持在记录状态；当卫星经过中方地面站时，则回放固态存储器2区数据，回放完成后擦除固态存储器2区并重新开始记录，在此期间固态存储器1区一直维持在记录状态。2个固态存储器分区的工作互相独立，互不影响，充分满足了中法双方对有效载荷数据分别进行存储与下传的需求。

卫星在固态存储器上的这种特殊设计，还一并解决了中法两国由于地面站地理分布所带来的使用方式不同的问题。法方地面站位于北极圈内的瑞典基律纳(Kiruna)和加拿大伊努维克(Inuvik)，每圈都能接收卫星数据，因此法方对数据回放的要求是当圈获取的数据需要当圈回放，回放完成后立刻擦除固态存储器1区。而中方地面站位于中国境内，卫星每隔5圈才能飞经地面站2～3圈，因此在这2～3圈回放弧段内需要将总共7～8圈获取的数据一起回放完，导致1圈无法完成全部数据的回放，下圈需要进行断点续传回放，因此擦除固态存储器2区安排在这2～3圈的结束时刻。采用固态存储器分区设计模式后，固态存储器1区和固态存储器2区的工作模式可以分别按照中法两国地面站的不同需求各自运行，彼此平行，互不干扰。最后，2个分区中的固态存储器数据形成相互备份的关系，如果中法两国某一方的地面站数据接收出现问题时，可以迅速通过地面网络系统从另一方那里获取丢失的数据，保证科学数据的完整性和连续性。

固态存储器分区设计及在轨工作过程见图10。

图10 固态存储器分区设计及在轨工作过程Fig.10 Solid state memory double areas design and on-orbit work process

从卫星地面长时间拷机测试及在轨实际表现来看，上述固态存储器分区设计与工作方案满足了中法双方各自的使用需求，符合合作备忘录中规定的“星上数据在中法两国地面站分别回放”的条款，实现了数据共享的目标。

3 结束语

中法海洋卫星具有鲜明的技术特点和特殊的使用需求，对卫星总体设计提出了较大的约束和较高的挑战。在现有技术基础下，卫星上采用了多项创新性设计措施，解决了总体设计中面对的多项新难题，并对设计结果进行了全面充分的试验验证。试验结果表明：卫星设计完全满足各项功能需求和技术指标。卫星自发射以来，在轨表现优异，获取的全球海面风场、海浪谱产品在台风、飓风、海浪、南北极海冰监测示范应用中效果明显，已投入业务应用，进一步证明了卫星总体设计的正确性与有效性。