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登頂珠峰·主力實測│深度解析南方測繪雪深雷達系統的技術融合攻關

責任編輯: 蔡奕霖    來源: south    作者: 品牌與宣傳企劃中心    2020-05-28    瀏覽量: 1878

5月27日,2020珠峰高程測量隊成功登頂并順利完成測量任務。

 

 

 

與此同時,由南方測繪集團聯合自然資源部第一大地測量隊(國測一大隊)定制開發的“高原冰雪探測雷達系統”、由南方測繪集團常州工廠定制生產的覘標作為此次測量的主力設備登頂珠峰,經受住了珠峰頂上低氧、高寒、低壓、大風等極端惡劣使用環境的考驗,成功完成珠峰高程測量任務。

 

登頂的雪深雷達(右下角)和覘標(圖片來源于:光明網)

 

高原冰雪探測雷達系統簡稱為雪深雷達,它并不是常規測量中使用的設備。雪深雷達主要利用天線發射和接收高頻電磁波來探測地面雪深,通過雪深雷達觀測獲得珠峰峰頂冰雪層厚度,并將其從珠峰峰頂雪面海拔高中扣除,即獲得珠峰峰頂巖石面海拔高,也就是俗稱的“珠峰高程”。

2020年3月,多套定制的雪深雷達和峰頂覘標就進駐珠峰,由珠峰高程測量隊員在實際環境下進行頻繁測試,以確保正式測量過程正常順利。

 

 

 

5月初,南方測繪西安分公司總經理馬卓齊和技術員李喜喜專程趕往珠峰大本營,代表南方測繪集團探望珠峰高程測量隊,贈送慰問品,同時與測量隊員們溝通了解此次南方測繪提供設備的使用情況,以便根據需求提供及時的服務。

南方產品應用在哪里,南方測繪星級服務就在哪里。在交談中我們了解到,歷經前期研制過程中近乎苛刻的實驗測試后,上珠峰后的雪深雷達表現出色。

 

 

 

 

首次確定聯合國產定制

時間退回到2019年6月。

自然資源部第一大地測量隊(國測一大隊)項目部主任柏華崗、隊員陳真、南方測繪多名技術員在北京會聚,大家討論的一個重點就是:能不能定制全國產化的高原冰雪探測雷達系統用于2020珠峰高程測量。

柏華崗曾參與過2005年珠峰高程測量,同時將參與2020年珠峰高程測量。他提出,定制的設備除了要能滿足2005年珠峰高程測量時所使用的雪深雷達高強度三防、抗高寒等基礎要求外,還需要解決多傳感器集成的問題。2005年使用的雪深雷達探測儀,雷達與GNSS之間主要通過一條線來串聯,無法做到時間同步和位置同步——GNSS雖然一直在測量,但要同時獲取某個時間點的GNSS數據和雷達數據,需要先對GNSS時間點做標記,再去對應雷達的時間,相對比較復雜。也正是因為沒有做到時間同步、位置同步,后期數據解算效率降低。

此前,國測一大隊已經聯系過瑞典、意大利等相關產品的多個廠家,對方都表示,定制要求“難度之大,空前絕后”,并且數量又不多,考慮到研發難度和經濟效益,都明確拒絕。對方不愿意接受條件,柏華崗也不愿意降低要求。多次碰壁后,柏華崗提出,“就一定要是進口廠家嗎,能否試一試讓具有實力的國內企業或單位聯合定制,實現設備的國產化?”

正是此時的想法,促成了2020珠峰高程測量雪深雷達的全國產化定制和實測。

此次會談后,又多次實地考察,確定由南方測繪集團聯合國測一大隊定制開發“高原冰雪探測雷達系統”,并敲定了設備定制要求:①要求系統能夠透過一定深度冰雪混合物探測巖石界面,并對檢測位置實時定位,探測精度達到厘米級,探測深度至少6米;②“高原探冰雪雷達系統”集成雷達主機、收發天線、GNSS、供電系統、存儲設備等部件,不能配用顯示器,總重量不超過5kg;③雷達設備外接GNSS天線,且雷達設備中心與GNSS中心對應,精度cm級;④設備組裝簡單,低溫低氣壓高原環境下可正常工作;⑤雷達數據格式中能夠有歷元時間,與GNSS時間對應;⑥存儲:“高原探冰雪雷達”對GNSS原始觀測數據要存儲一份;⑦確保整套系統能在零下40℃能夠正常工作1小時。

接到定制任務,南方測繪集團積極響應號召,與自然資源部、中國測繪科學研究院、陜西測繪地理信息局、自然資源部第一大地測量隊(國測一大隊)等保持溝通,主動作為,調動集團技術力量攻克科研難題。南方衛星導航立即成立高原冰雪探測雷達系統技術攻關組,由南方衛星導航副總工程師丁永祥牽頭,技術員程少華作為多方的聯絡人,南方測繪西安分公司作為一線支持與聯絡……開啟了此次設備的攻關之旅。

 

峰回路轉的攻關過程

雪深雷達的定制研發主要經歷了幾個大的階段:第一階段方案設計論證;第二階段設計生產;第三階段整機試驗;第四階段多臺研制、測試;第五階段現場實測。如果順利的話,所有這些都可以在2019年完成。

在后來的設備實際制造過程中才發現,要實現預定的技術目標,并沒有那么簡單。硬件方面的集成,不能只是將GNSS主機頭接到雷達儀上,而是將主機頭分解成模塊集成到設備中,并對不同版本的模塊進行升級和測試。數據方面,GNSS、雷達都是電磁波信號,為了保障所獲取北斗數據的信噪比,確保數據質量,電磁波干擾問題必須解決。再者,珠峰峰頂的測量需要一次到位,所采集數據要實現極端條件下多途徑安全可靠的保存。最后,雷達的時間要求精確到ns,數據采集頻率50Hz。而在設備極端環境測試方面,實驗室零下40℃氣溫條件下破壞性試驗2小時后,再將設備拿出來正常采集。

另外在定制和測試過程中我們發現,原定的那些技術參數是無法滿足實際測量要求的,好幾個方面都需要根據實測需求進行提升和修正。

這些需求方進一步的要求和測試出現的問題,讓整個研發團隊都繃緊了弦:固件的穩定性、屏蔽層的效果、雷達數據與GNSS 數據時間同步、數據質量問題、信號燈藍紅顯示問題等等需要解決。

為此,南方測繪集團發動南方衛星導航的研發團隊:測繪事業部大量測試拆開的主板、天線采集數據,在不同環境下測試、分析數據;系統三部定制軟件模塊內嵌到主板,解決50Hz采集以及數據質量問題;系統二部聯合解決信號屏蔽、抗干擾問題;測繪事業部與系統二部定制特定的線纜,解決信號傳輸問題;系統三部解決定位設備與雷達采集的時間同步問題……
在多部門的默契配合下,看似一團亂麻的困難被一一拆解消化。

與此同時,在柏華崗的指導下,南方測繪技術團隊頻繁地進行精度測試、時間匹配測試、數據的存貯測試。

此次研發過程中,碰到的困難還不止技術本身,攻關最吃緊的時候恰逢疫情爆發,大家的出行受影響,還有的技術員被隔離。不能見面就遠程聯系溝通,多地聯動解決,有問題就一遍遍測試、改進,整個項目組都繃緊一根弦,加快進度、解決問題,確保設備如期、高質量供應。

 

高原冰雪探測雷達系統助力珠峰高程測量

設備交付一個多月后,自然資源部宣布2020珠峰高程測量正式啟動,此后的一個多月時間里,全行業的目光都投向那英雄測量隊所在的世界之巔,關注著這次國產測繪儀器裝備主要擔綱測量任務的國家測繪科技發展水平的檢閱。

柏華崗評價,對比2005年珠峰高程測量所使用的雪深雷達探測儀,本次“高原冰雪探測雷達系統”亮點頗多:①重量更輕。包括集成的雷達主機、收發天線、GNSS、供電系統、存儲設備等部件在內,整體重量不超過5kg;②雷達、GNSS全國產化。其中雷達探測深度≥5米,探測精度<5%*D(D為探測深度),GNSS實時定位并記錄數據,可實現-40℃超低溫環境下連續作業;③集成度高,在雷達內部全面實現系統集成,實現時間同步、位置同步,每道雷達數據均有相應的GNSS數據對應并儲存;④數據解算速度更快。

 

 

成立三十多年來,南方測繪堅持多重科研體系,自主創新,掌握核心科技,實現測繪儀器國產化,推動行業信息化發展,從立足中國到走向世界。南方測繪通過持續的科技創新,在新技術、新領域不斷探索,實現從技術突破到產品落地,從產品落地到形成持續的規?;N售和應用,展示了強勁的研發能力、創新能力、集成實施能力和服務能力。南方測繪正在實施大地信戰略,將會在高端國產測繪裝備研制和地理信息多行業應用等方面加大力度,為國家重點建設項目和國家安全重點領域提供可靠的自主測繪裝備和應用系統。

 

 

 

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