卫星地面系统——对地遥感卫星的“神经中枢”

遥感卫星地面系统是一个复杂的大型工程系统，通常由运行管理、观测规划、数据接收、数据处理、数据管理、定标评价、分发服务七个分系统组成。

 运行管理分系统

运行管理分系统是整个地面系统的管理中枢，负责对整个地面系统生命周期的管理，从硬件环境上对各个分系统进行连接，并对整个系统硬件和软件资源的运行状态进行监控和安全管理。另外，运行管理分系统对地面系统的数据接收、数据处理、数据管理、数据分发等业务进行任务调度。

 观测规划分系统

观测规划分系统主要负责卫星工作任务安排。众多用户向地面系统提出数据服务需求，观测规划分系统对这些需求统一筛选和过滤，根据卫星载荷的观测能力制定第二天的卫星观测计划和卫星接收计划，并将卫星观测计划发送给卫星测控网，通过测控天线传给卫星，指挥卫星实施观测任务，将卫星接收计划经运行管理分系统传给卫星地面站网。

 数据接收分系统

就像人脑的视觉神经系统接收眼睛所视一样，接收遥感卫星在运行轨道上获取的观测数据，需要通过地面接收站的接收设备根据卫星接收计划，对卫星进行捕获跟踪，以电磁波信号的形式，接收、解调和记录卫星遥感数据和辅助数据，并将接收到的数据通过数据管理分系统传输给数据处理分系统。

地面站设备主要包括天伺馈、信道收发、数据记录以及其他站控管理设备。天伺馈设备，也就是像锅一样接收信号的接收天线，通过锅型造型汇聚信号，直径5~20米不等。卫星过境时，接收天线能够自动对准卫星，并自动跟踪卫星。期间，卫星的观测数据信号源源不断地传输下来。信道收发设备，是如同电视机顶盒一样的信号收发设备，能够将接收到的电磁信号进行解调、功率放大、变频和噪声处理。数据记录设备把从解调器中输出的数据记录到硬盘等存储设备上。

目前地面站接收设备经常是上下信号复用的，能够接收卫星下传数据，也能向卫星上传数据，可以把地面生成的卫星任务指令等数据进行信号调制，通过天线发送到卫星上，指挥卫星工作。遥感卫星一般是在太阳同步轨道上绕地球飞行，卫星只有飞行到接收天线能够“看”到的位置才能传输数据，由于我国幅员辽阔，一个地面站无法全部覆盖全国范围，所以需要通过多个地面站组成地面站网进行综合接收。目前我国常用的地面站位于北京、乌鲁木齐、广州和牡丹江等地。

 数据处理分系统

地面接收站接收到卫星数据后，会通过网络光纤传输到地面数据处理中心，对遥感卫星原始数据进行快速的自动化处理，将接收到的数字信号转化成用户可以使用的数据。这些处理过程主要包括信号检校、解压缩、数据格式解析、辅助数据处理、数据编目、数字信息提取、辐射校正、几何校正和正射校正等，根据用户不同需求形成不同的工作流，生成不同等级的标准化产品。其中，辐射校正能够消除原始图像的失真，使得地物图像更清晰、真实。

 数据管理分系统

目前我国在轨运行着几十颗遥感卫星，每颗卫星搭载着多种遥感器，每颗卫星可以每天对地面观测多次，为了能够便于数据的快速查询和提取，必须对遥感卫星产品数据进行有效的管理。数据管理分系统相当于大脑的神经元记忆部分，主要用于对遥感卫星标准产品数据及元数据的长期存档管理，提供对业务数据库的访问服务，建立能够进行数据库查询、新增、删除功能的信息系统。目前，一般采用在线、近线、离线分级存储方式，通过这种分级存储，能够在保障数据安全的前提下节约存储成本。

 定标评价分系统

定标评价分系统主要对卫星观测数据质量进行测试和评价，形象地来说，就像对人眼测视力，使卫星能够以最好的状态获取数据。它对遥感卫星遥感器的性能变化进行跟踪，及时修正数据处理所需的有关参数，并为卫星参数调整提供依据；定期为用户提供在轨绝对定标系数，为遥感数据定量化提供服务；对数据产品进行分析和

 分发服务分系统

数据分发是把最符合用户需要的数据传送到用户手中，主要负责为用户提供数据共享服务，如同从大脑中提取正确的记忆信息。用户在地面系统数据分发网上查询到所需要的数据后，就可以对该数据进行像淘宝网上的订购，订单系统就会增加数据订单记录，后台系统会根据用户的数据服务需求订单，从数据管理分系统调出相应数据，并通过光盘、硬盘拷贝和在线传输等方式提供给用户使用。卫星地面系统十分复杂，如图2所示。地面系统建设包含着多种专业学科的知识和技术。只有地面系统中各个分系统各负其责、互相协调，才能共同完成遥感卫星的运行管理。卫星和地面系统每天的业务运行，如同人体一样，通过“眼睛”观察外面的世界，从“大脑”视觉感知中获取有用的信息，并形成“记忆”，而一旦需要这些“记忆”知识时，通过检索快速将这些“记忆”信息提取出来，用以服务人类的活动。

 如今，遥感卫星地面系统所服务的用户众多，每天的数据订单成百上千，需要后台高性能的计算、存储、网络设备和信息技术支撑。目前地面系统也普遍采用了大数据分析技术，能够根据用户的身份、位置及订购历史等信息，自动为用户智能推荐相应的遥感卫星数据产品。用户得到遥感卫星数据产品后，将遥感卫星所获得的信息进行解译和分析，转换成具体学科所需要获取的地物信息，从而使遥感信息在具体学科实际工作中发挥作用。

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