打造天地信息走廊——记中国航天科技集团有限公司五院西安分院副院长李立

吴应清 李文博

李立作为陕西省第十三届人大代表参加省人大会议

卫星的数据要实现高速率获取和传输，就不能忽视其中很关键的有效载荷——数传分系统。数传分系统即数据处理与传输分系统。它通过数据处理器接收相机图像信息，完成图像数据压缩、格式编排后进行直传、存储或回放，再通过高速调制与功率放大，由数传天线跟踪地面站，地面接收射频信号后经过一系列的信号处理，还原星上图像后进行分发使用。

中国航天科技集团有限公司五院西安分院（以下简称“西安分院”）是我国飞行器有效载荷研制的“国家队”，更是卫星高速数传技术研究的开拓者与主力军。自20世纪80年代初我国在返回式卫星上首次搭载传输型C C D电视遥感系统至今，传输型遥感卫星就逐步从试验进入了实用阶段。

作为西安分院的副院长，李立自1998年大学毕业进入中国航天科技集团公司五院504研究所（现西安分院）工作至今，不仅见证了西安分院在有效载荷技术攻关与突破中创造的多个第一，以及其为我国航天事业和国民经济建设作出的突出贡献；领衔重大航天工程项目、提出国际领先的技术方案、攻克重重的技术困难，李立及其研究团队更通过所做工作成功推动了我国空间数据传输领域相关技术的迭代更新，不断引领着星载数据传输技术再创新的辉煌。

从单机研制到系统研制

在西安出生和成长，家人在504所工作，李立周围不乏做空间通信的人。从小的耳濡目染，让李立在高考时将西安电子科技大学通信工程专业填在了志愿表的第一栏。

20世纪90年代，国家通信事业发展迅速，从通信工具的变化能窥见一些迹象。李立入学的1994年，大家用固定电话与亲戚、朋友通信，后来有了B P寻呼机、“大哥大”手提电话，接近2000年时有了手机。在此背景下，高校里通信工程专业成为热门专业，当时西安电子科技大学为此专业设了3个班级，一个班容纳135个人。

樊昌信教授、詹道庸教授、张厥盛教授、吴成柯教授这些以前只在书上见过大名的学者面对面为自己传授知识、答疑解惑，让李立收获颇大。1998年做毕业设计，李立找到张厥盛教授做指导，除了教会他如何看英文材料、如何查资料、如何找典型电路，张教授并未过多干涉他，给了他充分探索的自由，毕业时李立完成了一个不错的设计。

通过毕业设计，李立发现了自学的重要性。“以前认为必须上这门课，才学相关知识，后来觉得只要是我们大方向类的，有书自己就要找来学。一本书花1个月看完，跟同学交流，再跟老师交流，知识也就掌握了。我觉得对科技工作者来说，从被动到主动的学习很必要，可以早早建立对科研的自信。”李立说。

毕业在即，怀揣对航天事业的热爱，他来到504所数据传输技术研究室工作。从基层做起，凭着过硬的工作能力和技术水平，李立挑起了一个个重任。

早期的返回式卫星，在完成摄影任务后，装有相机胶片的片盒会随返回舱一起在预定地区回收，送回地面进行冲洗和分析。1999年10月14日，刚毕业到504所工作不久的李立赶上了中国第一颗传输型对地观测卫星——“中巴地球资源卫星01星”的发射，卫星在星上对图像进行处理，通过微波把图像数据传回地面，省去了胶片回收的步骤。504所负责“中巴地球资源卫星01星”相机与数据传输分系统的研发，李立当时在地面站负责数据接收和处理。

“说实话，我当时是两眼一抹黑，一个人推着车子拉着所有的设备，试着搭建系统，心里盼着有人可以教我，突然发现要拜众人为师。”李立说。有同事建议他把任务书从资料室全借来看一遍，李立照做了。看完后有许多不懂的地方，幸运的是所里有很多北京大学、清华大学、中国科学技术大学毕业的老专家，编过教材，治学严谨，李立拿着任务书去找他们请教，就这样慢慢摸索着完成了系统的搭建。

为让年轻同志知识面广一些，当时数据传输技术研究室陈泓主任制定了个制度，新同志的第一年实习期，每3个月换1个方向。先做图像编码，再做频率源本振，又做调制器，跟着3个老师，李立将数传分系统里最核心的3个方向都了解了一遍，同时三四个月换1次办公室，跟室里的同志们也都能熟悉起来。

入职504所后，李立相继参与了国家“资源一号”和“资源二号”卫星数传系统的研制，因为在每个方向都干过，他的工作做得得心应手。在大项目中锻炼，李立迅速成长起来。2003年，他被任命为研究室副主任，开始独立承担某小型光学遥感卫星数传分系统的研制工作，还负责“嫦娥一号”卫星数传分系统的论证工作，度过了一段虽辛苦却充实的时光。

之前李立是看别人写任务书，独立承担研制工作后，由于用户需求变了，要自己设计新系统。当时分类元器件向大规模集成电路转变已成为趋势，包括接口、电路在内的所有东西都需要小型化。查资料、翻看英文手册，为的是能重新制定一套方案、标准。为尽快将任务书写出来，李立加班加点，废寝忘食。

“写任务书就是一个设计的过程，就是告诉单机设计师怎么按照你的思路、你的想法来。要对他提要求，就得把设计思路说得很清楚，这样设计师才知道如何去实现。”李立介绍。

西安分院微波光子新型载荷创新团队

当时困难很多，如何在旧系统的基础上兼顾新技术，就是其中一个。查找问题出在哪儿，是另外一个。“有时两个礼拜也找不到问题所在，但一步步去找，逐步割离问题，最后总能找到症结所在。那时，我很乐意一两个同志把所有的设备摆满桌子从头连到尾，拿着示波器一点一点看。我觉得这是最好的方法，因为大部分工作我都熟悉，每一个单机的任务都是我定的要求，我知道每个地方应该是什么样子。”李立说。

而遇到的最大困难是大家在理念上的分歧，经常是李立认为应该这样干，但老同志却认为应该那样干。“今天按照老同志的思路改，明天按照我的思路改。但这个方法不行，因为做的是新事情，必须转换思路，大家彼此争执但又相互理解，创新就是这样。”李立说。

之前图像压缩是基于行的压缩，从研制某小型光学遥感卫星开始，图像压缩方式发生了质的变化，从基于行的DPCM变为基于块图像的小波变换压缩，32行或者64行做一次压缩。基于块的文件，如果还拿示波器查找错误，显然行不通。面对新情况，李立提出用数据采集卡一次将数据进行采集，检查数据包有无差错。“这个方法后来成了标准文件，成了测试依据。这都是一点一点摸索的结果，因为设计思想变了，方法也要变，让方法更加优化，才能与时俱进。”

原来参与项目时跟着老同志们干就行，成为项目负责人或主任设计师时要总揽全局，面对的情况更复杂。对一些没接触过的事情应该怎么处理？李立心里没底。另外负责“遥感卫星二号”“嫦娥一号”数传分系统的研制任务让他体会到了重大工程带来的压力。“嫦娥一号”起初定的是2007年上半年发射，但为了慎重起见，所有人都在做复查，压力很大。

心里没底，压力巨大，老同志们的指点和鼓劲给予初担重任的李立信心与力量。张有峰研究员曾是“资源二号”卫星数传系统负责人，也是指导他的师父之一，当时他就对李立说：“年轻人要有信心，一定能干好。”“他给了我很大的鼓舞，包括在一些事情上给我的指点，对我帮助很大。”李立说。

曾是“资源二号”卫星总师的叶培建院士，对年轻同志特别关心。他人很和蔼，同时很严谨，是一个很有战略眼光的人。他负责了嫦娥系列卫星，以及月球中继卫星“鹊桥”、火星探测等多项开创性的工作，他看得很远。从叶培建院士身上李立学到，在做好手中工作的时候，还要关心新技术，关心技术未来的发展。

前辈的鼓励与引导，加之个人的努力，初挑重担，李立就以不俗的表现圆满完成了项目攻关任务。“遥感卫星二号”项目2003年开始论证，2004年开始攻关，2007年5月25日成功发射，研制只用了3年时间，李立负责的第一个项目就顺利完成。“遥感卫星二号”作为第二代数传分系统的首发星在太空中熠熠生辉。“嫦娥一号”项目也同样只用了3年多时间就顺利完成。2007年10月24日“嫦娥一号”成功发射，使中国成为世界上为数不多具有深空探测能力的国家之一。

构建新一代空间数传系统

通过承担项目，李立的能力得到了大家的认可，2007年下半年他成了数传室主任，2008年数传室与微波遥感室合并成立微波遥感与数传技术研究所，当时才32岁的李立成了西安分院最年轻的所长。

2007年，数传系统刚迭代到第二代，李立就带领团队开始了第三代数传系统的谋划。5年一迭代，国际上大都是这样的周期。当时美国的“Worldview-1商业遥感卫星”已经发射成功，分辨率达到0.5米，数传能力达到800兆，远超过他们研发的水平。

不停查材料，与天线室、微波室合作，李立想尽可能多地将所里自身的潜力挖掘出来。在此期间，与国外同行的交流，让李立的想法更超前、更大胆，他也更敢放手去做了，新一代的数传系统已在构想之中。2011年他参加了国际空间数据系统咨询委员会（Consultative Committee for Space Data Systems，C C S D S）在德国的一次会议，这是他第一次参加这样的会议。在射频与调制小组讨论时，李立被美国和法国科学家提出的编码调制标准草案所吸引。之前他也想过做同样的事，但国内环境对新事物很保守，如果没有相关的国内外研究现状做参考，要说服别人做创新的挑战困难重重。参加这次会议为李立打开了一扇窗，在会上他看到了国外的最新研究草案，更坚定了创新发展的信心。李立开始坚定地推进相关预研课题的立项。

2009年高分辨率对地观测重大专项“星地数据处理与传输总体技术”项目立项，2010年李立入选国家高分辨率对地观测重大专项专家委员会天基组专家，负责星地数传大总体的论证工作，与高分专项紧密结合规划我国新一代数传分系统。

当时天基部分有十多颗星，最初规划都用X频段，而国外正在做K a频段的研究工作，李立力推在某光学和雷达等卫星上攻关研制K a频段系统。“我们不是纯粹只做星上数传载荷，而是负责整个星地数传大系统的设计工作。”低轨卫星是90多分钟绕地球一圈，一天绕约14圈，14圈中可见弧段只有四五圈，中国有5个地面站，24小时最多有1个半小时能接收到数据。“高分辨遥感卫星图像数据量太大了，1个半小时根本不够呀。”但当时团队也计算过，因为接收的数据率特别高，X频段只有375兆的带宽，极化复用后，带宽也只有750兆，远远不能满足数据传输的需求。而K a频段有1500兆带宽，从375兆到1500兆，带宽本身就增加了4倍多，再做双极化，传输的数据率就可以高很多。

基于此种情况，李立当时提出了开发对地与中继一体的K a频段数传系统，并提出了建设极地接收站的发展建议。因为如在南极和北极建站，几乎每一圈数据都可以落地，通过通信卫星就传回国内，这样可接收到的数据量就大幅提升了。这是一个重大的技术进步，它直接推动了国家建设K a频段接收站的步伐，现在北极站已经建成，南极站的建设也在计划中，国内地面站都新建了Ka频段的接收天线。

回顾十多年攻关路，并非一帆风顺，尤其前期确定技术方案，1年中有1/3时间李立都在北京与国内的专家们进行讨论，一次次修正思路，一次次修改技术方案。当最后形成的接口、协议都成了国家标准时，李立真正体会到虽艰难却快乐的感觉。

2020年国家高分辨率对地观测重大专项天基系统圆满完成，西安分院为我国天地数据传输能力的大幅提升写下了浓墨重彩的一笔。在项目攻关中，李立带领团队开展了高分星地数传系统的顶层论证工作，提出并实施了多光谱谱间相关压缩、在轨数据处理技术等多项关键技术，处理与传输能力有了质的飞跃，构建了我国新一代高速天地一体化的数传系统，为我国数据处理与传输领域进一步发展奠定了基础。“高分十一号”的成功发射，K a频段数传系统在轨圆满成功，传输能力提高3倍以上，传输频带效率提高1.5倍，标志着我国新一代数传系统跻身国际领先行列。

“如果说以前我们是跟着国外跑，现在可以这样说，在K a频段或者在自适应V C M数据传输能力上，我们已经与国外比肩前行，甚至在某些地方超越了他们。”谈起这些，李立不无自豪。

天地一体融合创新

从单机研制到系统研制，从型号论证到新技术开发和产品化，回顾李立到504所工作至今的科研经历，他走过了这样一条路。脚踏实地前行，李立走出的每一步都铿锵有力。

1998年至2004年，李立突破了300 M b ps高速编码调制器和解调译码器等技术难关，研发的相关产品已应用于资源、海洋等多个型号，达到了国际先进水平。2004年至2010年，他作为“遥感卫星二号”系列和“天绘一号”系列等卫星数传分系统技术负责人，从事分系统总体设计工作，带领技术团队突破了基于小波的高效图像压缩技术、X频段微波直接调制技术、多路数据AOS编码等多项关键技术，完成了遥感卫星数传系统向第二代的技术跨越。2012年至2015年，作为某光学遥感卫星副总设计师，李立提出并突破了高速图像压缩、450MbpsQPSK调制、可动点波束数传天线等关键技术，并实现了在轨首飞成功。第三代数传系统通用型谱产品已广泛应用于资源、高分等后续卫星，其2×450Mbps数传系统整体技术水平已达到和超越了国外在轨的商业卫星。杨士中院士作为我国空间遥感数传领域的开创者，对研究团队所做的工作也给予了高度的认可，并给予了指导。

由于成果意义重大，李立参与或主持的相关项目先后获得国防科学技术进步奖二等奖、军队科技进步奖二等奖、国家科学技术进步奖二等奖、国防科学技术进步奖一等奖。虽所获成果、荣誉众多，但李立并不会因满足于现状而止步不前。早在2008年任职微波遥感与数传技术研究所所长时，他为团队提出了“研制一代，应用一代，探索一代”的研究模式。眼光一直向前，是他从老一辈科学家身上继承的宝贵财富，也是他对科研本质的深刻认识。

李立（右二）在重点实验室与杨士中院士（左二）交流

2016年11月，李立升任西安分院副院长后，他的站位更高了。作为航天科技集团公司卫星通信领域技术带头人，他带领西安分院相关团队，系统性地开展高通量通信卫星载荷、微波光子转发器等通信系统设计，有效降低了宽带转发器的重量、功耗和体积，实现宽带卫星的容量提升和灵活应用。对标国际先进水平，他指导了Q/V频段载荷、多波束天线、小型化激光终端和雷达系统等核心产品的先期研制，全面提升了西安分院天地一体化的设计、仿真、验证与应用能力。同时，在西安分院的空间微波技术国家级重点实验室，李立将激光与微波的交叉融合作为重点研究方向，着力打造了一支基于微波光子的空间有效载荷创新团队。他希望这支拥有国际视野的团队能为高通量通信卫星载荷的研发以及空间激光、微波高速数据传输与组网等领域作一些贡献。2020年，李立入选国防科技高层次人才；2021年，当选中国通信学会会士。同年，他所带领的微波光子先进空间载荷团队入选集团公司科技创新团队。

李立认为，空间领域的数据传输终究要迈向更高频段，结合中国自身技术基础，瞄准大容量、高速率、高性能方向，星地传输领域激光与微波的融合发展是必然的趋势；对于星间的高速组网通信而言，激光则是一个相当有潜力的选择。“另外，我觉得还应该更加注重星地大系统的打造，空间段和地面段才能很好地融合在一起，才能更好服务于国防和国民经济。如何融合不割裂？如何在更高的层次上来系统性地解决问题？我们创新的步伐与思路每时每刻都需要被拓宽。”李立坦言。