看不見、摸不著的衛星數據是怎麼傳送到地球的？

近年來，我國高分衛星系列、暗物質衛星、量子通信衛星等一系列對地觀測和空間科學衛星相繼成功發射，傳回不少高價值的圖片。那麼衛星數據是如何從天上落到地面，最后變成人人可以看懂的圖像的呢？

想要說清楚這個過程，就不得不提到中國遙感衛星地面站建站31年來每天都在做的一件事——衛星數據接收。

地面站接收最重要指標是衛星數據接收的成功率。1986年建立以來，中國遙感衛星地面站逐步建成了以密雲站、喀什站、三亞站、昆明站和北極站為基礎的國家對地觀測衛星與空間科學衛星數據接收站網，負責20余顆對地觀測和空間探測衛星的接收任務，2016年接收成功率高達99.7%。

這麼多不同的衛星，各個接收站最遠相距數千公裡，怎麼做到及時接收，並保証這麼高的成功率？

首先，做好任務規劃。每天一早，中國遙感衛星地面站的工作人員會根據任務需求在系統中完成所有資源的分配。如同攝鳥愛好者為了拍到更多鳥類的照片，需要熟悉不同鳥類的習性，規劃好拍攝的時間和路線，運行管理系統也需要通過計算衛星軌道，確定不同衛星通過各個地面站的時間，然后根據科學任務安排好地面站的天線、記錄和傳輸等資源。不同的是，攝鳥愛好者隻需1部相機，而運行管理系統面對的是5個地面站、20余部天線及配套的記錄和傳輸資源。

衛星數據是如何到達地面的呢？這得感謝通信技術的飛速發展。衛星會在經過地面站上空時，將採集到的數據轉換為適合在自由空間傳播的電磁波並發送出去。

接下來，就看接收系統的了。在到達接收任務開始時間之前，接收系統就會將天線對准衛星即將出現的方位。當衛星出現並開始發送電磁波信號后，接收系統會對電磁波進行全程鎖定、跟蹤，這就是為什麼接收站的天線在不停轉動的原因。同時，接收系統會對接收到的電磁波信號進行放大、變頻、解調等處理，並將輸出的衛星原始數據基帶信號送到下一個目的地——數據記錄系統。

這時，衛星數據將完成落地的最后一步：數據記錄系統負責從看不見摸不著的衛星下行信號中，“抽絲剝繭”般提取出衛星基帶數據，並如實地進行保存，為后續圖像處理或科學數據分析提供可靠的原材料。簡單地說，就是將基帶數據以“101001111”形式的二進制數據流保存下來。

可怎麼判斷收到的數據是否正確呢？記錄系統通常會提供一些輔助功能，幫助科學家在數據接收記錄的同時對衛星數據的質量進行判斷，以便及時對系統工作狀態做出判斷和調整，保障接收成功率。對地觀測衛星數據質量最直觀的質量判斷手段是移動窗顯示，就是將接收的衛星數據圖像進行實時滾動顯示，其效果就像通過衛星上的窗口在觀察地球。

就這樣，衛星數據經過不停地變身和處理，最終完整地到達了地面。落地后的數據將通過高速光纖數據傳輸鏈路，從各個地面接收站傳輸到產品處理中心。在那裡，衛星數據經過嚴密的幾何糾正和輻射糾正處理，會變成我們可以看懂的衛星圖像，如實地反映不同物體在不同電磁波段下的影像，既可作為導航用的衛星圖像，也可用於農業估產、礦藏探測、環境監測等科研或工程用途。 （吳業煒）