科普 | 揭秘庞大的卫星数据是如何传送到地面的

近年来，我国高分卫星系列、暗物质卫星、量子通信卫星等一系列对地观测和空间科学卫星相继成功发射，传回不少高价值的图片。那么卫星数据是如何从天上落到地面，最后变成人人可以看懂的图像的呢？

想要说清楚这个过程，就不得不提到中国遥感卫星地面站每天都在做的一件事——卫星数据接收。

地面站接收最重要指标是卫星数据接收的成功率。1986年建立以来，中国遥感卫星地面站逐步建成了以密云站、喀什站、三亚站、昆明站和北极站为基础的国家对地观测卫星与空间科学卫星数据接收站网，负责20余颗对地观测和空间探测卫星的接收任务，2016年接收成功率高达99.7%。

这么多不同的卫星，各个接收站最远相距数千公里，怎么做到及时接收，并保证这么高的成功率？

首先，做好任务规划。每天一早，中国遥感卫星地面站的工作人员会根据任务需求在系统中完成所有资源的分配。如同摄鸟爱好者为了拍到更多鸟类的照片，需要熟悉不同鸟类的习性，规划好拍摄的时间和路线，运行管理系统也需要通过计算卫星轨道，确定不同卫星通过各个地面站的时间，然后根据科学任务安排好地面站的天线、记录和传输等资源。不同的是，摄鸟爱好者只需1部相机，而运行管理系统面对的是5个地面站、20余部天线及配套的记录和传输资源。

卫星数据是如何到达地面的呢？这得感谢通信技术的飞速发展。卫星会在经过地面站上空时，将采集到的数据转换为适合在自由空间传播的电磁波并发送出去。

接下来，就看接收系统的了。在到达接收任务开始时间之前，接收系统就会将天线对准卫星即将出现的方位。当卫星出现并开始发送电磁波信号后，接收系统会对电磁波进行全程锁定、跟踪，这就是为什么接收站的天线在不停转动的原因。同时，接收系统会对接收到的电磁波信号进行放大、变频、解调等处理，并将输出的卫星原始数据基带信号送到下一个目的地——数据记录系统。

这时，卫星数据将完成落地的最后一步：数据记录系统负责从看不见摸不着的卫星下行信号中，“抽丝剥茧”般提取出卫星基带数据，并如实地进行保存，为后续图像处理或科学数据分析提供可靠的原材料。简单地说，就是将基带数据以“101001111”形式的二进制数据流保存下来。

可怎么判断收到的数据是否正确呢？记录系统通常会提供一些辅助功能，帮助科学家在数据接收记录的同时对卫星数据的质量进行判断，以便及时对系统工作状态做出判断和调整，保障接收成功率。对地观测卫星数据质量最直观的质量判断手段是移动窗显示，就是将接收的卫星数据图像进行实时滚动显示，其效果就像通过卫星上的窗口在观察地球。

就这样，卫星数据经过不停地变身和处理，最终完整地到达了地面。落地后的数据将通过高速光纤数据传输链路，从各个地面接收站传输到产品处理中心。在那里，卫星数据经过严密的几何纠正和辐射纠正处理，会变成我们可以看懂的卫星图像，如实地反映不同物体在不同电磁波段下的影像，既可作为导航用的卫星图像，也可用于农业估产、矿藏探测、环境监测等科研或工程用途。