【微课堂】卫星数据接收的那些事儿（接收篇）
上一篇中，我们了解了卫星接收任务规划的基本内容。（回顾请点击此处）
当我们分配好哪些天线资源接收哪颗卫星的数据，接下来的主要任务，就是数据接收。
什么是卫星数据接收？
卫星数据的接收过程是卫星与地面接收站之间的数据通信过程。其信号形式为电磁波，一般为微波。目前，遥感卫星对地数传常用的频段是S频段（2.2~2.3GHz）、X频段（8.025~8.4GHz）和Ka频段（25.5~27GHz）。特别是Ka频段由于带宽的优势，正处于快速发展中。
卫星数据接收过程示意图
一般来说，要完成卫星数据接收，通常要对卫星的信号进行转换。
第一步：卫星数字信号——卫星微波信号
卫星是星地通信中的数据发送方，卫星载荷采集的信息经处理后转换为数字信号。卫星数据需经自由空间无线信道传输到达地面，自由空间无线信道是适合电磁波传输的自由空间，但无法直接传输数字信号。数字信号在传输前需转换为适合在自由空间无线信道传输的信号形式—微波信号。数字信号经过信道编码、调制、上变频、放大和滤波等处理后，由卫星天线以微波信号的形式向地面传送。
第二步：卫星微波信号——卫星原始数据
地面站是数据接收方，由接收天线以及信道设备完成卫星跟踪与数据接收。卫星相对于地面接收天线处于运动中，通过轨道预报可以准确计算出卫星在卫星轨道上的位置。地面接收天线首先通过轨道预报计算出卫星相对地面天线过境时的角度与时间，控制天线预置等待，在卫星过境时完成对卫星的捕获跟踪。
密云地面站与天线
卫星信号经信号放大、下变频、解调和译码处理之后输出卫星原始数据，供后端记录和预处理系统进行处理。
信号放大：卫星微波信号经远距离传输以后，信号已非常微弱，无法直接进行处理，需经由接收天线以及低噪声放大器进行放大处理。
下变频：卫星微波信号为射频模拟信号，射频信号难以直接进行处理，需将其下变频至较低的中频信号后再进行处理。
解调：去除已调信号中的载波，恢复出基带数据码流。
译码：利用比特流中的编码信息，对错传比特进行纠正，恢复出信息码流。
遥感地球所接收站网布局
不同卫星对接收系统有什么要求？
不同卫星的轨道高度、编码方式、调制方式、码速率、极化方式和数传频段都可能有所不同，对地面接收系统的要求自然也就不同。这些差异主要体现在跟踪与接收两个方面。
在跟踪方面，地球同步轨道卫星相对地面站基本处于静止或缓慢运动中，跟踪要求相对较低；太阳同步轨道卫星相对地面站处于快速运动中，对跟踪要求较高。对于太阳同步轨道卫星，轨道越低，卫星相对地面角速度越大，跟踪越困难，需要地面天线的动态性能越好。例如实践十号返回式科学卫星轨道高度仅250公里，对接收天线的跟踪性能提出了非常高的要求。
在接收方面，卫星的编码方式、调制方式、码速率、极化方式和数传频段不同，对地面接收系统的功能和性能指标要求也会不同。例如：使用S波段进行数据下传的卫星主要有SJ-9B和量子科学实验卫星。使用X波段进行数据下传的卫星较多，中国遥感卫星地面站接收的卫星中主要有GF-1/2/3、ZY-3、ZY302、ZY-02C、SJ-9A、CBERS-04、HJ-1A/1B/1C、吉林一号卫星、暗物质粒子探测卫星等国内卫星，以及美国LANDSAT-8、法国SPOT-6/7、Pleiades-1A/1B、加拿大RADARSAT-2等国外卫星。目前码速率较高的国内卫星主要有GF-1/2/3、ZY-03和ZY302等，采用双圆极化频率复用，码速率达到2*450Mbps。暗物质粒子探测卫星则采用了RS-Viterbi级联编码。
什么情况代表接收成功？
接收成功与失败，一般可以根据数据处理的结果情况进行闭环。如果数据能够正确处理，且无误码，可以认为接收成功。反之，如果数据误码高，质量差，甚至无有效数据，导致无法处理，则大多意味着接收失败。这种判断方法时效性差相对较差。
接收系统设备的状态也可以辅助判断接收的情况，如天线一直处于稳定自跟踪，可以说明跟踪情况良好；如果解调器载波同步、码元同步和帧同步锁定、中频电平、信噪比与星座图正常，频谱无畸变，可以表明接收情况正常。如果跟踪与接收都正常，则可以基本判定接收正常。这种判断方法可在第一时间获知卫星数据的接收状态。
以上内容由中国遥感卫星地面站冯旭祥、王阳、李亚林、张雨濛提供。