[科普中国]-卫星地面站

简介

任何一条卫星通信线路都包括发端和收端地面站、上行和下行线路以及通信卫星转发器。可见，地面站是卫星通信系统中的一个重要组成部分。地面站的基本作用是向卫星发射信号，同时接收由其它地面站经卫星转发来的信号。

中国遥感卫星地面站是为全国提供卫星遥感数据及空间遥感信息服务的非营利性社会公益型装置，也是我国对地观测领域的国家级核心基础设施。中国遥感卫星地面站作为国际资源卫星地面站网成员，是世界上接收与处理卫星数量最多的地面站之一，数据分发服务量居于世界前四位。

地面站的分类根据卫星通信系统的性质和用途的不同，可有不同形式的地面站，如：按站址的固足与否、G/T值的大小、用途、天线口径以及传输信号的特征等多种方法来分类。

按站址特征分类可分为固定站、移动站(如舰载站、机载站和车载站等)、可拆卸站(短时间能拆卸转移地点的站)。在固足站中又可分为大型标准站和小型非标准站，前者多用于国际通信和国内大城市间的通信，而后者多用于国内中、小城市或军事通信；移动式地面站特别是车载站，由于它机动灵活，在军事通信中有广泛的应用_

按G/T值分类地面站性能指数G/T值是反映地面站接收系统的一项重要技术性能指标，其中G为接收天线增益，T为表示接收系统噪声性能的等效噪声温度。G/T值越大，说明地面站接收系统的性能越好。

按用途分类可分为民用、军用、广播、航海、实验等地面站。

按天线口径分类可分为1米站、5米站、10米站以及30米站等等。

按传输信号的特征分类可分为模拟通信站和数字通信站。1

地面站的组成在各种卫星通信系统中所用的地面站是多种多样的，而一个典型的双工地面站设备应当包括信道终端分系统、大功率发射分系统、高灵敏度接收分系统、天线馈电分系统、伺服跟踪分系统、电源分系统以及监控分系统等部分。

信道终端分系统信道终端分系统中发端设备的作用是对基带信号进行处理，并对中频(如70MHz)进行调制；收端设备的作用与上述过程相反。

信道终端设备，按其处理信号开工的不同可分为模拟制信道终端设备和数字式信道终端设备；按通信业务可分为电视、电话、数据等信道终端设备。

各单元功能如下：电话基带处理单元的作用是将发终端送来的频分复用基带信号进行处理，即进行予加重、自动增益控制、峰值限幅、加入能量扩散信号和加入导频信号等；频率调制器单元的作用是用基带处理单元输出的信号对70MHz的中频调频信号；中频放大单元的作用是放大中频调频信号，并对幅频特性和群时延特性进行一定的均衡。1

发射分系统在标准地面站中，需要向卫星发射几百瓦以至十几千瓦的大功率微波信号，为了实现多址通信，还常常向其它地面站同时发射数个载波。因此，地面站应能在高电压、大功率、宽频带和多载波的情况下工作。此系统包括上变频器、自动功率控制器、发射波合成器、激励器和大功率放大器等部分。

从发终端送来的中频宽带调频信号经上变频器(一般采用参量变频器)变换成微波信号。上变频器的所用的本机振荡频率由本振(又叫泵源)产生，本振一般采用晶振锁相倍频的方法，以产生频率稳足度很高的微波振荡频率。1

天线分系统地面站的天线好像一口大锅，面向通信卫星，它的直径一般是10。30米，由天线本身、馈电部分、跟踪部分和驱动部分组成

通信监控分系统负责对地面站内的各种设备进行监视、控制和定期测试

电源分系统为全部地面站设备提供电源。

设计要点①选址应远离市区，避免高大障碍物遮挡和电波干扰。天线主波束的方向必须避开居民点，以防天线产生的高频电波影响人体健康。站址地基条件要好。

②总体布局一般由天线和中央控制室以及仪表测试室等组成主体建筑。主体建筑、辅助用房和生活用房均按功能分区布置。如1973年建成的上海国际卫星通信地面站将主体建筑布置在场地后部中央地段，辅助用房和生活用房布置在两翼。

③天线基础设计要求严格，地基要有足够刚度。有不少地面站的天线基础直接设在天然岩石地基上，以保证使用上的高精度要求。

④中央控制室需设空调，一般室温要求冬季在20℃以上,夏季低于25℃；相对湿度不大于70%。中央控制室要作隔振和吸声处理，以免空调系统影响通信设备。

⑤供电设计可靠性要求高，除具备两路外线电源和一路备用电源外，还要有自动切换装置或确保交流电不间断的电源设备。

卫星通信自1957年第一颗人造地球卫星升空以来，人造卫星即被广泛应用于通信广播、电视等领域。1965年第一颗商用国际通信卫星被送入大西洋上空同步轨道，开始了利用静止卫星的商业通信。 卫星通信系统由卫星和地面站两部分组成。卫星在空中起中继站的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地面站出入卫星系统形成链路。由于静止卫星在赤道上空3600Km，它绕地球一周时间恰好与地球自转一周（23小时56分4秒）一致，从地面看上去如同静止不动一般。三颗相距120°的卫星就能覆盖整个赤道圆周。故卫星通信易于实现越洋和洲际通信。最适合卫星通信的频率是1～10GHz频段。为了满足越来越多的需求，已开始研究应用新的频段，如12GHz，14GHz，20GHz及30GHz.

卫星通信的主要优点：通信范围大；不易受陆地灾害影响；建设速度快；易于实现广播和多址通信；电路和话务量可灵活调整；同一信通可用于不同方向和不同区域。 2

我国的卫星地面站中国遥感卫星地面站1986年建成并投入运行，邓小平同志为地面站亲笔题写站名。中国遥感卫星地面站是国家重大科技基础设施，也是国际资源卫星地面站网成员。

中国遥感卫星地面站是世界上接收与处理卫星数量最多的机构之一，目前存有1986年以来的各类卫星数据资料400万景，是我国时间最长的对地观测卫星数据历史档案库。地面站建有密云、喀什、三亚、昆明4个卫星接收站，具有覆盖我国全部领土和亚洲70%陆地区域的卫星数据实时接收能力。

密云卫星接收站1986年开始运行，拥有7座大口径接收天线及数据接收、记录和数据传输设施，接收范围覆盖我国中部、东北地区及相邻境外地区。

喀什卫星接收站2008年投入运行，拥有5套12米数据接收天线系统，接收范围覆盖我国西部以及中亚邻国等区域。

三亚卫星接收站2010年投入运行，拥有5套12米数据接收天线系统，接收范围覆盖我国南海以及东南亚邻国等区域。

昆明卫星接收站2016年部署完成，目前拥有1套7.3米数据接收天线系统，接收范围覆盖我国西南以及周边地区。

经过三十年的不断发展，地面站已形成了完整的卫星数据接收、传输、存档、处理、分发体系，即以北京总部的运行管理与数据处理中心、密云站、喀什站、三亚站、昆明站为数据接收网的运行格局。数据接收系统、数据传输系统、数据处理系统、数据管理系统、数据检索与技术服务系统协同运行，成为我国对地观测领域的核心基础设施之一。

1986年，地面站开始接收和处理美国LANDSAT-5卫星光学卫星数据。1993年，开始接收和处理欧空局ERS-1和日本JERS-1卫星合成孔径雷达（SAR）数据，实现了全天时和全天候的对地观测。1997和2008年，分别实现加拿大RADARSAT-1和RADARSAT-2卫星数据的接收和处理，拥有了国际最先进的民用合成孔径雷达观测数据源，多模式、全极化、高空间分辨率等成为其突出的优势。2002年开始接收和处理的法国SPOT-5卫星，以其灵活的观测模式、较高的空间分辨率、高质量的可靠运行，成为最成功的业务化运行卫星之一。2015年，地面站开始接收和处理的法国Pleiades卫星数据，其空间分辨率达到0.5米，是到目前地面站所接收的最高分辨率的卫星数据。

从1999年开始，我国所发射的一系列对地观测卫星均由地面站负责接收，包括CBERS-01、CBERS-02、CBERS-02B、HJ-1A、HJ-1B、HJ-1C、资源一号02C、资源三号、实践九号A、B、高分一号、高分二号、CBERS-04等卫星。

2011年，中国科学院空间科学战略性先导科技专项正式启动，地面站承担近地轨道空间科学卫星的跟踪、接收、记录和传输任务，从而将数据接收业务从对地观测领域拓展至空间科学领域。2015年，地面站成功实现了我国空间科学首发星-暗物质粒子探测卫星的数据接收。3