遙感衛(wèi)星地面系統(tǒng)是一個(gè)大型復(fù)雜的工程系統(tǒng)，數(shù)據(jù)接收、處理、管理、分發(fā)是其中重要的環(huán)節(jié)。

▲地面系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程

（1）數(shù)據(jù)接收

遙感衛(wèi)星在運(yùn)行軌道上獲取的觀測(cè)數(shù)據(jù)，需要通過(guò)地面接收站的接收設(shè)備以電磁波信號(hào)的形式接收下來(lái)。地面站設(shè)備主要包括天伺饋、信道收發(fā)、數(shù)據(jù)記錄以及其他站控管理設(shè)備。

天伺饋設(shè)備，也就是接收天線(xiàn)。日常生活中，我們經(jīng)常能看到像鍋一樣的接收電視信號(hào)的接收天線(xiàn)，遙感衛(wèi)星的接收天線(xiàn)形狀與之完全一樣，通過(guò)鍋型造型匯聚信號(hào)，只不過(guò)體積要大一些，直徑5~20米不等。衛(wèi)星過(guò)境時(shí)，接收天線(xiàn)能夠自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，并自動(dòng)跟蹤衛(wèi)星。其間，衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)源源不斷地傳輸下來(lái)。信道收發(fā)設(shè)備，是如同電視機(jī)頂盒一樣的信號(hào)收發(fā)設(shè)備，能夠?qū)⒔邮盏降碾姶判盘?hào)進(jìn)行解調(diào)、功率放大、變頻和噪聲處理。數(shù)據(jù)記錄設(shè)備把從解調(diào)器中輸出的數(shù)據(jù)記錄到硬盤(pán)等存儲(chǔ)設(shè)備上。

目前地面站接收設(shè)備經(jīng)常是上下信號(hào)復(fù)用的，能夠接收衛(wèi)星下傳數(shù)據(jù)，也能向衛(wèi)星上傳數(shù)據(jù)，可以把地面生成的衛(wèi)星任務(wù)指令等數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送到衛(wèi)星上，指揮衛(wèi)星工作。遙感衛(wèi)星一般是在太陽(yáng)同步軌道上繞地球飛行，衛(wèi)星只有飛行到接收天線(xiàn)能夠“看”到的位置才能傳輸數(shù)據(jù)，由于我國(guó)幅員遼闊，一個(gè)地面站無(wú)法全部覆蓋全國(guó)范圍，所以需要通過(guò)多個(gè)地面站組成地面站網(wǎng)進(jìn)行綜合接收。目前我國(guó)常用的地面站位于北京、烏魯木齊、廣州和牡丹江等地。

▲衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收過(guò)程示意圖

（2）數(shù)據(jù)處理

地面接收站接收到衛(wèi)星數(shù)據(jù)后，會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)光纖傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)處理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理加工。遙感衛(wèi)星類(lèi)型多樣，加工處理流程不盡相同，但普遍分為數(shù)據(jù)錄入、預(yù)處理、后處理三個(gè)階段。目前，數(shù)據(jù)錄入、預(yù)處理一般是在地面系統(tǒng)中自動(dòng)完成的，后處理一般由用戶(hù)在獲取預(yù)處理的數(shù)據(jù)后進(jìn)行個(gè)性化處理。

1、數(shù)據(jù)錄入

數(shù)據(jù)錄入就是數(shù)據(jù)整理過(guò)程。衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)獲取的數(shù)據(jù)量非常大，為了能夠高效傳輸?shù)降孛妫鄠€(gè)不同遙感器的數(shù)據(jù)會(huì)混合在一起進(jìn)行壓縮、編碼，所以地面接收到的數(shù)據(jù)首先要進(jìn)行幀同步、解碼等操作，把不同遙感器的數(shù)據(jù)分離出來(lái)，并進(jìn)行解壓縮操作，恢復(fù)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。獲得原始觀測(cè)數(shù)據(jù)后，還要對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式解析，提取原始觀測(cè)數(shù)據(jù)中的相關(guān)信息，存儲(chǔ)起來(lái)以供后續(xù)處理。

2、預(yù)處理

預(yù)處理主要包括輻射校正和幾何校正兩個(gè)方面。用于地面物體成像的遙感器通過(guò)不同的灰度色彩記錄不同的地物，同時(shí)遙感相機(jī)拍攝的圖像也會(huì)存在色差、條紋、失真等問(wèn)題，這是遙感器中的不同感光器件對(duì)相同光響應(yīng)不一致造成的，在衛(wèi)星遙感器制造的過(guò)程中是難以避免的。為了克服這種現(xiàn)象，地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)需要對(duì)圖像進(jìn)行歸一化相對(duì)輻射校正，對(duì)各探元獲取圖像的原始灰度值進(jìn)行調(diào)整校正，將各個(gè)探元的輸出值調(diào)整到一個(gè)基準(zhǔn)上，使得各探元對(duì)完全相同的地物具有相同的輸出灰度值。另外，還要進(jìn)行瑞利散射校正、調(diào)制解調(diào)函數(shù)補(bǔ)償?shù)忍幚恚瑴p少衛(wèi)星遙感器對(duì)地面物體成像時(shí)光線(xiàn)散射、折射的影響。這樣能夠消除原始圖像的失真，使得地物圖像更清晰、真實(shí)，這個(gè)過(guò)程就是輻射校正。

▲輻射校正后條紋去除情況

圖像進(jìn)行輻射校正后，需要進(jìn)行幾何校正。遙感衛(wèi)星在成像過(guò)程中，衛(wèi)星本身會(huì)出現(xiàn)俯仰、滾轉(zhuǎn)、抖動(dòng)等，造成拍攝的圖像存在幾何變形。因此需要結(jié)合成像時(shí)衛(wèi)星及遙感器的位置、姿態(tài)等信息對(duì)圖像進(jìn)行糾正，恢復(fù)變形的圖像。另外，需要對(duì)圖像進(jìn)行幾何投影。遙感器原始拍攝的地球照片是沒(méi)有幾何位置信息的，幾何投影是利用已知的衛(wèi)星軌道和姿態(tài)參數(shù)、傳感器的各種參數(shù)和地球模型參數(shù)，建立起拍攝圖像上地物點(diǎn)坐標(biāo)和地物在地球真實(shí)位置的數(shù)學(xué)關(guān)系，根據(jù)該映射關(guān)系，將衛(wèi)星拍攝的原始圖像變換并重采樣到地圖坐標(biāo)系中。經(jīng)過(guò)幾何校正的圖像，具有位置信息。

（3）數(shù)據(jù)管理

目前我國(guó)在軌運(yùn)行著幾十顆遙感衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星搭載著多種遙感器，每顆衛(wèi)星可以每天對(duì)地面觀測(cè)多次，為了能夠便于數(shù)據(jù)的快速查詢(xún)和提取，必須對(duì)遙感衛(wèi)星產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理。一般通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行管理，建立能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)、新增、刪除功能的信息系統(tǒng)。但由于遙感衛(wèi)星觀測(cè)的單次遙感數(shù)據(jù)量很大，一般在數(shù)據(jù)庫(kù)中只存儲(chǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)位置，觀測(cè)數(shù)據(jù)按規(guī)定的目錄結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)中。這樣通過(guò)查詢(xún)?cè)獢?shù)據(jù)，然后依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的存儲(chǔ)位置，就能方便地找到所需數(shù)據(jù)。

遙感衛(wèi)星的數(shù)據(jù)量巨大，這對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備能力提出了很大挑戰(zhàn)，目前，一般采用在線(xiàn)、近線(xiàn)、離線(xiàn)分級(jí)存儲(chǔ)方式。常用的數(shù)據(jù)、最新的數(shù)據(jù)一般用硬盤(pán)或硬盤(pán)陣列等在線(xiàn)存儲(chǔ)，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)讀取以便快速提取；稍舊的數(shù)據(jù)近線(xiàn)存儲(chǔ)在磁帶庫(kù)里，通過(guò)機(jī)械手換帶提取；更陳舊、不常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在磁帶中，并從磁帶庫(kù)中取出來(lái)離線(xiàn)存放，需要提取數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行人工換帶。通過(guò)這種分級(jí)存儲(chǔ)，能夠在保障數(shù)據(jù)安全的前提下節(jié)約存儲(chǔ)成本。

（4）數(shù)據(jù)分發(fā)

數(shù)據(jù)分發(fā)是把最符合用戶(hù)需要的數(shù)據(jù)傳送到用戶(hù)手中，目前大部分地面系統(tǒng)是通過(guò)線(xiàn)上訂單管理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用戶(hù)在地面系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)網(wǎng)上查詢(xún)到所需要的數(shù)據(jù)后，就可以對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行像淘寶網(wǎng)上的訂購(gòu)，訂單系統(tǒng)就會(huì)增加數(shù)據(jù)訂單記錄，后臺(tái)系統(tǒng)會(huì)對(duì)這個(gè)訂單進(jìn)行處理，按用戶(hù)的需求準(zhǔn)備產(chǎn)品數(shù)據(jù)。用戶(hù)也可以實(shí)時(shí)了解訂單的處理狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成后，訂單系統(tǒng)會(huì)告知用戶(hù)數(shù)據(jù)的下載地址。對(duì)于特殊用戶(hù)，地面系統(tǒng)也可以將數(shù)據(jù)刻錄到光盤(pán)介質(zhì)上，通過(guò)快遞或?qū)Ｈ怂偷接脩?hù)手中。

地面系統(tǒng)所服務(wù)的用戶(hù)眾多，每天的數(shù)據(jù)訂單成百上千，需要后臺(tái)高性能的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和信息技術(shù)支撐。目前地面系統(tǒng)也普遍采用了大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠根據(jù)用戶(hù)的身份、位置及訂購(gòu)歷史等信息，自動(dòng)為用戶(hù)智能推薦相應(yīng)的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

開(kāi)運(yùn)聯(lián)合致力于為衛(wèi)星提供全生命周期管理主要提供測(cè)控平臺(tái)和運(yùn)控平臺(tái)。衛(wèi)星測(cè)控平臺(tái)通過(guò)“地面站 星間鏈路”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的持續(xù)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)的通信。致力于打造一體化的無(wú)人值守地面管理平臺(tái)。數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)完成對(duì)衛(wèi)星零級(jí)數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作；指揮監(jiān)控實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)的控制管理、計(jì)劃生成、任務(wù)下發(fā)、故障報(bào)警等內(nèi)容；通信系統(tǒng)完成載荷數(shù)據(jù)處理與分發(fā)，指令上注，測(cè)控設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控等工作。

衛(wèi)星運(yùn)控平臺(tái)通過(guò)“任務(wù)規(guī)劃 業(yè)務(wù)調(diào)度 任務(wù)監(jiān)視”實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星在軌任務(wù)的管控。地面任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)通過(guò)需求統(tǒng)籌、規(guī)劃制定衛(wèi)星任務(wù)執(zhí)行序列，通過(guò)任務(wù)管控平臺(tái)生成任務(wù)計(jì)劃，通過(guò)信息分發(fā)至業(yè)務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，業(yè)務(wù)調(diào)度系統(tǒng)生成指令集，推送消息至測(cè)控系統(tǒng)，將指令上注至衛(wèi)星，任務(wù)監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星全任務(wù)周期進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障任務(wù)的順利執(zhí)行。