气象卫星地面站数据接收系统关键流程分析及故障处理

气象卫星地面站数据接收系统关键流程分析及故障处理
作者：周晓丽林宇婷赵信一
来源：《中国新通信》2024年第13期
摘要：本文介绍了乌鲁木齐气象卫星地面站喀什分站数据接收任务及地面数据接收系统的组成和功能。

对数据接收的关键流程，包括接收计划、运行接收、数据传输等关键点进行了分析。

同时，总结了卫星数据接收系统中常见故障的类型及排除方法，以确保卫星数据能够完整和稳定地传输。

关键词：气象卫星；数据接收系统；运行流程；故障处理
气象卫星地面数据接收站在卫星气象事业中扮演着至关重要的角色。

它们通过接收、处理和分发卫星数据，为气象预报、气候研究、国际合作和灾害应急响应提供支持，推动卫星气象事业的发展和进步[1-2]。

乌鲁木齐气象卫星地面站目前承担着我国FY3C、FY3D、FY3E、FY3F、FY3G卫星的数据接收任务，其地面数据接收系统从2008年的FY3（01批）已经发展到目前的FY3（03批），具备多星多任务的接收能力。

随着我国卫星气象事业的不断发展[3-5]，为显著提高西部地区卫星遥感数据的快速服务能力，在2017年又建成了乌鲁木齐气象卫星地面站前端接收站——喀什分站。

喀什分站先后承担了FY3D、BF1A、BF1B、FY3E、
FY3G、FY3F等卫星的数据接收任务，其数据接收系统由FY-3（02）批和FY-3（03）批两大系统组成。

03批系统已于3月份完成验收测试，并与02批系统进行了软件升级和初步融合，形成了既独立又相互关联的系统，提高了系统的可靠性。

本文主要分析了喀什分站设备运行的关键流程及故障维护情况。

一、数据接收系统组成及功能
喀什前端站的数据接收系统由FY-3（02）批和FY-3（03）批数据接收系统组成。

FY-3（02）批包括三部12米天线，而FY-3（03）批包括一部12米天线。

后端系统配备了七条MPT接收信道和九条DPT接收信道。

通过对02批天线信道的升级改造，使得02批建设的系统能够接收03批卫星数据，确保在两颗卫星同时过境时，有两套天线可以同时进行接收。

喀什前端站的数据接收系统结构与乌鲁木齐站相似，主要包含以下分系统：天线、伺服及馈源分系统；实时数据广播接收信道（MPT）及进机分包分系统；延时数据广播接收信道（DPT）及进机分包分系统；站运行管理分系统；卫星模拟器；测试分系统；星地对接分系统；站存储及转发分系统；移动标校分系统。

整套系统能够执行多星下发的数据接收任务的调度。

站管系统负责接收来自集成运行控制系统的调度命令、业务运行时间表、轨道根数及预报数据。

在任务开始前五分钟，天线和伺服分系统根据卫星轨道数据调整方位和俯仰轴的位置，同时将倾斜轴预置到卫星即将过顶的方位。

根据跟踪捕获参数，完成极化、频率、捕获带宽等参数的设置。

在任务执行过程中，使用X频段自跟踪卫星，进机系统对接收图像数据进行快视显示，并记录存储接收到的资料以便实时转发。

接收完成后，站管系统会对资料进行质量评估，并将报告传送给集成运行控制系统，同时传送遥测数据、设备状态和运行状态等信息。

系统具备巡检、状态收集、日志文件生成、故障报警等功能，以及远程故障诊断和远程参数修改的能力[6]。

站运行管理分系统的时间频率功能负责为地面站各分系统统一授时，确保整个系统的同步运行。

二、运行接收监控的关键流程
为确保系统的平稳运行，运行接收技术人员需要通过观察和分析设备的告警指示信息来判断系统链路的异常情况运行接收技术人员保障系统的平稳运行，需要通过观察和分析设备的告警指示信息来判断出系统链路的异常情况[7-8]。

这要求他们具备快速排查故障原因和定位故障部位的能为。

因此，数据接收的关键流程中，包括接收计划、运行接收、数据传输等关键点，都应进行密切监控[9]。

（一）接收计划下发流程
运行控制中心定期向站运行管理软件（简称站管）下发轨道参数，站管软件负责完成轨道参数的判别和解析，并返回确认信息。

同时，站管软件将这些轨道参数存储至数据库中保存。

此外，站管软件还接收来自集成运行控制中心的业务运行时间表等调度指令，并对接收计划进行冲突检查。

这一过程涉及在接收计划存储库中查找所有当前仍有效的接收计划，逐一检查新的接收计划与当前仍有效的接收计划在执行时间和使用设备上是否冲突，然后返回业务运行时间表的接受或拒绝确认信息。

站管软件的运行调度模块将接收到的业务运行时间表下发给设备状态监视模块和运行状态监视模块，使它们能够自动完成设备参数配置、轨道预报、轨道显示以及接收任务下发。

特别是要密切关注进机分包设备的反馈状态是否正常。

每天自动加载任务计划完成后，还需与运行控制中心认真核对任务计划，包括接收任务总数、轨道号和接收时间。

在卫星入境开始前，按照预置的任务下发时间，设备状态监视模块向其他相关设备发送控制包，同时运行状态监视模块向MPT进机设备和DPT进机设备发送业务时间表任务。

（二）接收流程
当站运行管理分系统的调度管理设备向其他设备下达任务执行指令后，数据接收系统便进入任务执行流程。

首先，在接收任务开始前，系统进行任务准备。

站运行管理分系统根据卫星数据接收任务计划表中的信息，对天线、伺服、变频器、射频开关矩阵、中频开关矩阵、解调器、快视进机分包等设备进行自动组合配置和参数设置。

同时，将轨道轨迹文件发送到天线控制单元（ACU），ACU自动计算倾斜轴的摆位角度，并将倾斜轴控制到预设位置。

待到位
后，倾斜轴转入待机方式，随后方位俯仰转入程序跟踪方式。

如果任务进站时间未到，系统会自动将方位、俯仰引导至进站点等待。

任务开始后，天线先进入程序跟踪状态。

天线控制单元和天线驱动单元控制天线运转，确保天线对准卫星。

在俯仰角5°前捕获到卫星，并且AGC电压大于跟踪门限后，系统转入自动跟踪状态。

此时，接收解调、快视和记录设备对信号进行放大、变频、解调、译码、图像数据快视、数据记录和数据转存。

同时，站运行管理分系统实时采集天线的测角数据并进行星下点轨迹显示[10]。

在自动跟踪过程中，如果信号减弱不满足自跟踪条件，天线系统会自动转入程序跟踪状态，再次尝试捕获卫星。

本次任务执行完毕后，系统会生成运行日志并准备转入下次任務，直至所有任务执行完毕。

在任务执行期间，站运行管理分系统负责对系统的运行进行监视，并向集成运行控制系统上报情况。

（三）数据传输流程
集成运行控制系统首先根据 FY-3 卫星轨道根数制定各站的任务计划，并将计划下发到各站运行管理分系统。

站运行管理分系统在接收到集成运行控制系统下发的时间表、轨道根数、MPT解密密钥文件和调度指令后，编排任务计划并计算预报数据，指挥调度各接收分系统执行接收任务。

当任务执行时，站运行管理分系统不断从各接收分系统采集设备状态、卫星遥测数据和测角数据，并实时将设备状态、运行状态、遥测数据和频谱信息等数据回传至集成运行控制系统。

延时数据（DPT）接收信道及进机分包分系统实时将卫星数据分块后写入站共享盘阵。

实时数据（MPT）接收信道及进机分包分系统从站运行管理分系统获取MPT解密密钥，在执行接收任务时，实时将卫星数据按指定格式分块写入站共享盘阵。

通信传输设备根据时间表将盘阵中的卫星数据回传至资料处理系统。

接收任务完成后，站运行管理分系统将反映本次接收情况的运行报告、运行日志等数据和测角数据一起回传至集成运行控制系统。

对于主传数据丢帧较多时需及时备份卫星数据，以防止数据过期删除。

三、接收系统常见故障处理
卫星数据接收系统的结构复杂且任务密度大，因此值班员需要具备快速反应和解决问题的能力。

他们必须根据系统的链路信息和监控信息来确定故障设备的具体位置和原因。

根据实际情况，值班员需迅速调整链路结构并替换故障设备，以确保卫星数据的完整和稳定传输。

（一）故障类型
运行接收设备常见的故障类型主要分为三类：系统故障、设备故障和链路故障。

系统故障涉及整个数据接收系统，可能由软件或硬件问题引发。

面对这类故障，值班员需要迅速确定故
障的具体原因，并采取相应的修复措施。

这通常包括重新启动系统、修复软件中的错误或更换出现故障的硬件设备等。

设备故障指的是具体的接收设备或传输设备出现的故障。

在这种情况下，值班员需要依据监控信息快速定位故障设备，并进行必要的维修或更换操作。

为了确保数据接收的连续性和稳定性，可能需要调用备用设备来替换故障设备。

链路故障则是数据传输链路中出现的故障，这种故障可能是由于网络问题或通信设备故障引起的。

值班员需要通过分析监控信息快速找到故障链路的位置，并采取有效措施进行修复。

这可能包括重新配置网络设备、更换通信线路或调整链路结构等操作。

（二）常见故障处理
接收设备需要24小时不间断运行，因此下变频器、高、低速解调器、进机分包等设备出现故障的频次也会增大。

特别是高、低速解调器和进机设备在更换和系统重装后，可能会因为硬件匹配问题导致在接收轨道过程中出现前端天线跟踪正常，变频器工作正常，但解调器不锁定或进机设备数据不进机的情况。

这种类型的故障发生频率较高，因此值班员需要时刻关注接收流程执行情况，检查各设备参数是否到位，并密切监视数据进机情况。

一旦出现故障，需要快速采取手动措施，以确保轨道接收的正常进行。

在排除故障时，需要注意以下几个方面：第一是检查设备之间的连接是否正常，包括电源、信号线等；第二是尝试重启设备，看是否能够解决问题；第三是如果设备损坏或出现故障，需要及时更改通道配置，更换备用设备；第四是对一些参数进行调整，看是否能够解决问题；第五是如果以上方法无法解决问题，需要及时联系厂家技术支持，寻求帮助。

以下是常见故障的类型和快速应急处理方法，以便为后期进行系统优化和改进提供支持。

1.高速解调器不锁定故障
影响高速解调器不能正常工作的最常见的原因有几种情况。

首先是接收设备新旧共用，通过开关矩阵经常切换更改信道；其次是入口端的输入电平不满足解调器的输入电平范围要求；再次是解调器系统负荷过大造成的系统资源混乱。

这些情况在接收任务中故障状态和处理方法有以下几种表现：（1）站管下发宏配置时，高速解调器反馈控制不到位，任务下发失败。

解决方法是手动在下发宏配置界面重新下发参数配置任务。

（2）高速解调器信号锁定，但高速进机分包却不进机。

这是信号假锁定的表现，需要观察Eb/N0值、信号电平的实时测量值是否正常，将软件控制方式由远控模式改为本控模式，重启解调器并手动加载宏配置，之后数据进机恢复正常。

（3）高速解调器不锁定，软件界面操作无反应，机器死机。

解决方法是完全断电关闭设备，再加电重启解调器，手动加载宏配置，再切回到远控模式。

（4）开启高速解调器监控软件时报错，弹出找不到硬件对话框，这是由于找不到板卡引起的。

这时需要检查板卡是否松动，如果有松动，可以重新插拔板卡解决。

2.天线ACU软件故障和跟踪异常
（1）12米天线ACU预置时报错。

重启软件，手动在站管重新下发引导文件。

（2）天线在起始角度跟踪到仰角5°后，自动跟踪和程序跟踪不断切换，AGC电压忽高忽低，导致进机数据大量丢帧。

这时取消“自动转X跟踪”的选项，在程序跟踪的基础上根据AGC电压调整方位和俯仰的偏置角，减小轨道预报的偏差，使天线对准卫星。

3.站管软件故障
站管软件报错或软件运行卡顿延迟。

这是系统资源占用导致，重新启动站管计算机，日常维护要求站管计算机一周重启一次，定期进行硬盘碎片整理和硬盘扫描工具。

4.下变频器故障
（1）高速进机分包数据不进机。

经逐级排查，高速解调器不锁，参数配置正确，故障定位在S/720M下变频器，经检测输出增益不对，切换备用变频器链路
配置。

（2）站管下发给变频器任务失败，无法远程控制，监控界面指示灯为灰色。

检查变频器工作状态，这时最快的解决方法是本控设置参数，所以要熟记每颗卫星的接收频率，接收完成后检查网络通信连接。

四、结束语
地面站的作用并不仅限于接收和处理卫星数据，更重要的是使应用者能够通过高质量的观测数据进行准确分析和解读，从而为决策者提供重要的科学依据。

喀什分站自建成以来，所接收和处理的国内外对地观测卫星的高质量数据，在我国遥感应用的各个领域已经得到了广泛应用。

卫星数据接收业务的平稳运行与技术人员严谨的操作和高技术水平的设备维护密不可分。

随着新系统、新平台和新设备的升级换代，技术人员面临着新的挑战，尤其是一些突发故障。

通过对整个地面接收系统的深度掌握，技術人员可以及时发现并分析定位异常设备，快速解决故障。

此外，日常及时做好关键设备的备份工作也是确保卫星数据的可靠性和准确性的重要措施。

作者单位：周晓丽林宇婷赵信一乌鲁木齐气象卫星地面站
参考文献
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资助项目：新疆维吾尔自治区重点研发任务专项（2022B03027-1）。

周晓丽（1976.01-），女，汉族，新疆，本科，高工，研究方向：气象卫星数据接收与应用；
林宇婷（1989.06-），女，汉族，新疆，本科，工程师，研究方向：气象卫星数据接收与应用；
赵信一（1988.04-），男，汉族，新疆，本科，工程师，研究方向：气象卫星数据接收与应用。