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北斗三号:声表面波滤波器如何提高信号精度?

2018-02-12 19:30 来源:科普中国-军事科技前沿 

  编者按:

  北斗卫星导航系统(以下简称北斗系统)是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主建设、独立运行的卫星导航系统,是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。目前,我国正在实施北斗三号系统建设,计划到2020年前后,完成30余颗卫星发射组网,为全球用户提供服务。

  在北斗系统建设过程中,实现了核心关键技术的全面突破,涌现出大批优秀科研攻关团队和个人。即日起,《军事科技前沿》将持续聚焦北斗系统建设,解读其中的核心装备、关键元器件等重要技术突破,以及在这背后默默付出的科技工作者和他们所展现出的科学精神。

  出品:科普中国

  作者:赵清建 苏波 陈佳佳

  监制:光明网科普事业部

  2月12日,我国采取一箭双星方式,在西昌卫星发射中心成功发射了北斗三号工程第五、六颗组网卫星。这两颗卫星上均装载了由中国航天科工二院23所下属北京航天微电科技有限公司独立研制的声表面波滤波器。那么,声表面波滤波器有何作用?又是如何研发出来的呢?

北斗三号:声表面波滤波器如何提高信号精度?

2月12日,北斗三号工程第五、六颗组网卫星在西昌发射。梁珂岩摄

  声表面波滤波器是卫星导航系统中的核心元器件,主要用来滤除通信中的各种干扰信号,确保卫星与地面中心保持顺畅的通信,重要性可见一斑。在太空这样及其复杂和严酷的环境中,高可靠高性能的声表面波器件对卫星通信的精度起到决定性作用。 在北斗工程初期,该技术仅为少数国家掌握,在国家对重要工程元器件自主可控的要求下,北京航天微电科技有限公司的声表面波团队奋起直追,研制出了性能可媲美国外的滤波器,并于十年前成功应用到北斗工程中。

  “我们团队已经为北斗工程研制生产了十年的声表面波器件,从来没有发生过质量问题”,声表设计团队的负责人王永安说,“在产品顺利交付前,一丝一毫都不能放松,一直到卫星进入轨道后正常运行才会完全放下心”。

  去年王永安喜得爱女,那个时候产品试验正是重要关头,他在医院守候了一夜,女儿被抱出来后,只匆匆看了一眼,他就带着满腹留恋赶回单位查看试验结果。“现在晚上也经常回去很晚,都没有多少时间跟女儿交流,还好爱人一直都理解并支持着我。”他笑笑。

  “北斗工程卫星配套的声表面波器件对指标要求很高,针对不同的指标要求,每种器件都需要单独进行研制,并且制定相应的工艺方案与可靠性方案,不仅难度不小,而且工作量很大,作为新人,这的确是个不小的挑战,但是事实证明这难不倒我们。”项目骨干之一的苏波,作为迅速成长起来的新人,在看到现在卫星发射成功时,深感自己两年多的努力没有白费。

  北斗卫星用声表面波团队里最年轻的设计师叫贺强,是航天科工双创项目中的负责人之一,他的项目刚刚获得国际发明展览会金奖。“我们目前的目标并不仅仅只是星用领域,北斗产业目前方兴未艾,以后的机会将会非常多。”“我们现在已经在考虑如何把产品与北斗产业相结合,如果成功了,将带来十亿以上的产值”。

  过去十年,王永安、史向龙、范佰杰等80后“老一代”设计师顶住了压力,设计出多款应用于北斗一期与二期工程的高性能滤波器,为北斗工程的顺利进行作出了重要贡献。在项目进行中,一批新人也迅速成长了起来。如今,面对要求更高、系统更复杂的北斗三期工程,苏波、贺强等青年设计师作为研制中坚迅速投入到新项目中。

  在项目研制期间,苏波家里有怀孕的妻子,王永安闺女未满周岁。但是由于任务周期紧,大家都主动加班加点,放弃了很多与家人相聚和休息的时间,全力保证科研任务的顺利进行。

  “星用声表面波器件应用于卫星的测控、应答机等各个分系统中,小批量多品种,这样设备需要频繁更换参数,同时又要求器件具有极其高的可靠性,这给工艺团队带来很大的挑战。”工艺团队负责人陈瑞说。

  工艺师王俊明通过个人的巧妙思考,在设备上加装遥控挡板,可以在同一炉次设备内制作两批产品,生产效率提升了50%,相当于增加一台几百万元的设备。

  工艺师杜宁发现在刻蚀生产中人工操作困难,且每次都只能单片操作,在陈瑞的协助下采用夹具操作,不但解决了操作困难的问题,还可同时刻蚀多个基片,提高了刻蚀的均匀性。

  在某次发射前夕,总体单位打来电话,接收系统信号异常,需要紧急排故。卫星发射窗口时间有限,声表器件团队进入紧急状态,从原材料检验、设计图纸排查、工艺流程记录复查、试验数据分析,数十人的队伍分工明确,紧张有序,协助总体单位改进电路设计,增加冗余度,妥善解决了信号异常的问题,保证了按时发射。

  伴随着巨大的火箭尾焰,卫星进入预定轨道正常工作,清晰的信号进入终端系统,海上、高山、沙漠、森林,北斗导航系统始终精确定位,声表滤波器也持续进行杂波信息过滤,为北斗三号提高信号精度。

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[责任编辑:肖春芳]

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