历经三十余年的砥砺建设，地面站已经形成了陆地观测卫星和空间科学卫星数据接收站网，规模体量和卫星任务接收数量均位居世界民用卫星地面站的前列。

在北京总部，运行调度系统、数据传输系统、数据处理系统、数据管理系统、数据检索与服务系统、数据深加工系统等业务系统协同运行，负责调度卫星任务、汇聚接收的卫星数据，进行卫星数据的归档、产品处理、共享和分发，提供各类遥感卫星数据服务。

密云、喀什、三亚、昆明、北极站形成的接收站网，能够覆盖中国全部领土和亚洲70%陆地区域，并初步具备了全球数据的快速获取能力。

密云卫星接收站于1986年建成并开始运行，现拥有8套大口径卫星数据接收天线，接收范围覆盖中国中部、东北地区及周边区域（图1）。

喀什卫星接收站于2008年建成并投入运行，现拥有8套大口径卫星数据接收天线系统，接收范围覆盖中国西部以及中亚邻国等区域（图2）。

三亚卫星接收站于2010年建成并投入运行，现拥有5套12 m口径卫星数据接收天线系统，接收范围覆盖中国南海以及东南亚邻国等区域（图3）。

昆明卫星接收站于2016-05投入运行，目前拥有1套7.3 m口径可搬移接收系统，接收范围覆盖中国西南以及周边地区（图4）。

北极卫星接收站位于瑞典基律纳，于2016-12建成并投入运行，目前拥有1套12 m口径S/X/Ka三频数据接收天线系统，具备对全球陆地观测卫星数据的快速接收能力（图5）。

地面站通过多年的自主研发、协调合作和技术创新，现已实现5站32星的全自动化业务运行，是目前中国卫星地面接收系统中兼容和扩展能力最强的卫星数据地面接收系统之一，总体指标达到国际先进水平，部分指标达到国际领先水平。

（1） 数据接收记录方面：具备S、X、Ka频段的卫星下行数据接收能力，数据接收的码速率达到2×1200 Mbps（X频段）和4×1.5 Gbps（Ka频段），系统具备高动态、低信噪比卫星信号的快速捕获与跟踪能力，具备多颗国内外卫星数据的实时记录、快视和输出能力。

（2） 数据传输方面：密云卫星接收站至北京总部之间建有10 Gbps高速数据传输专用链路；喀什、三亚卫星接收站至北京总部之间各分别建有622 Mbps带宽高速数据传输专用链路；昆明卫星接收站至北京总部之间建有200 Mbps带宽的高速数据传输链路；北极卫星接收站至北京总部之间建有450 Mbps带宽的国际互联网数据传输链路。具备境内外各接收站接收数据高时效性快速回传汇集能力。

（3） 数据处理方面：拥有多套符合国际标准规范的LANDSAT、RADARSAT、SPOT、PLEIADES等国外先进的对地观测卫星的数据处理系统，数据产品的规格和质量与国际同类产品保持一致。

（4） 数据分发服务方面：提供各类卫星存档数据的在线检索、产品订购、下载交付等服务功能，管理存有1986年建站以来历史存档编目数据超过370余万景、在线存档标准产品数据超过40.8万景，数据规模超过508 TB，存储能力达到4 PB，对外数据分发服务总量超过295 TB。

（5） 运行管理方面：具备极轨对地观测卫星、静止轨道对地观测卫星、空间科学卫星等各类国内外卫星的业务运行管理能力，能够对数据接收、记录、传输等各业务系统的业务运行状态和任务执行情况进行实时监视、调度与控制。

地面站目前承担着中国陆地观测卫星、空间科学卫星和国际陆地观测卫星等总计32颗国内外卫星任务（表1）。

地面站作为国家重大科技基础设施，主要面向国家重大需求、面向国民经济主战场、面向世界科技前沿，做出突出的贡献。

（1） 满足国家重大需求，高质量、高效率完成陆地观测卫星和空间科学卫星的数据接收任务，为国家民用空间基础设施、中科院空间科学战略性先导科技专项等重大专项的卫星任务提供数据接收保障。

（2） 高质量完成卫星数据的接收、归档、处理和分发，为中国国土测绘、环境生态及自然资源监测、海洋监测等国民经济重要领域的重大遥感项目提供卫星数据支撑。

（3） 为国内外重大应急需求提供及时、可靠的卫星数据获取和数据共享。

（4） 通过国内外交流与合作，使地面站在设施规模体量、卫星接收任务量、关键技术指标和业务运行能力等方面持续保持国际先进水平，不断扩大国内和国际影响力。

国际电联已将Ka频段中的25.5—27 GHz作为可用于数据下传的频段。Ka频段由于星地数传带宽更大（传输带宽为X频段的4倍），可以极大提高星地间的数据传输速率。近年来Ka频段数据接收技术取得了快速的发展，国家民用空间基础设施陆地观测卫星后续任务中已规划有采用Ka频段对地数传的卫星。但Ka频段由于频率更高，波束宽度更窄（以12 m口径天线为例，X频段的半功率波束宽度为0.2°，而Ka频段的半功率波束宽度仅为0.065°），如何可靠实现Ka频段极轨卫星数据的高动态捕获与跟踪，对地面站的数据接收技术能力提出很高的要求。

针对上述问题，一方面，地面站为Ka频段接收天线配备S/X频段跟踪能力来引导捕获跟踪，通过配置不同的跟踪策略来优化Ka捕获流程，以提高Ka频段的捕获成功率。同时，将天线不同频段间（如S/Ka或X/Ka）在电轴一致性指标控制在极高的精度水平上。目前，地面站建设的12 m口径S/X/Ka三频天线的S/Ka和X/Ka同轴性可以达到0.02°。

另一方面，通过采用复合控制等技术有效的提高了伺服系统的技术指标能力，当卫星在高仰角和过顶前后处于较大的角加速度的运行状态下，仍能保证天线的动态性能满足Ka频段极轨卫星数据接收需要，实现高精度的稳定跟踪。

2016-12，中国遥感卫星地面站在北极接收站建成了中国首套S/X/Ka三频数据接收系统，实现了Ka频段卫星数据接收能力。2020年，地面站所承担的国家民用空间基础设施陆地观测卫星数据接收系统项目分别在在喀什和密云站各建成1套12 m S/X/Ka三频天线。预计2022年地面站还将在密云、喀什、丽江和智利等接收站继续扩建Ka频段数据接收天线。

在极轨卫星的数据接收过程中，卫星相对于接收站的接收仰角在0°—90°之间变化。在不同的接收仰角，卫星与接收站的距离变化较大，从而导致星地链路的余量也发生相应变化。为了充分利用链路余量，可以在星地通信过程中、在不同的星地距离采用不同的编码和调制体制，从而使卫星在一次过站时段内，星地通信的链路余量保持基本恒定，这就是VCM技术，其原理如图6所示。

VCM技术可以在不改变卫星发射功率的前提下，在较高仰角时段采用了高阶调制，相比采用固定编码调制的卫星，在同样的过境圈次里可以传输更多的卫星数据。例如，以一颗500 km轨道高度、采用300 Msps符号率VCM数传模式的极轨卫星为例，卫星可以在低仰角时段采用8 PSK 3/5，在中等仰角时段采用16 APSK 2/3，在高仰角时段采用16 APSK 9/10。以卫星70°仰角过顶进行仿真，如表 2所示，可计算得到卫星过站时段传输的信息数据量为426.05 GB，而当使用全段采用QPSK 7/8的CCM时，全段传输的信息数据量仅为280.44 GB。在该场景下，VCM技术理论上可提升51.9%的数据传输量。

目前VCM技术已应用于高分七号卫星工程中，地面站密云、喀什、三亚、昆明、北极站均已先后成功实现了高分七号VCM模式数传数据的接收。

地面站研发的卫星数据记录与快视平台，解决了宽码率范围的数据采集和共享、面向应用的实时快视处理等关键问题，实现了高码率条件下卫星数据的实时采集、实时提取、实时质量分析、实时成像能力，可支持不同卫星、不同用户的快速应用需求。

（1）宽码率范围自适应的数据采集与共享。卫星数据记录与快视平台的单个采集通道具备［1 Mbps，8 Gbps］的宽码率范围数据采集和数据共享能力，能够动态适应接收过程中码率动态变化的数据下行场景；每个采集通道最大支持1∶4的分享能力，单个分享通道最高2 Gbps，数据采集和分享误码率低于1×10^-13。该指标可完全满足地面站现在和未来一段时间内，不同卫星数据各类实时处理和应用需求。

而且通过采用数据采集和共享资源的集中管理，平台的数据采集与共享通道数量和单通道指标可根据设备数量和配置实现通道数或单通道码率的动态扩展（图7）。

（2）面向应用的实时快视处理。对于后续应用，传统的快视图像处理通常都需要再次进行定位处理，不仅影响时效性，而且由于缺乏定位参数，定位精度往往较低。卫星数据记录与快视平台研发的面向应用的实时快视处理功能，解决了卫星图像实时定位与RPC系数生成的关键问题，在光学卫星和SAR卫星实时快视处理过程中，对快视图像选取一定的像点进行定位，实时对分段图像根据RPC模型来计算其系数，不仅能够满足实时处理的时效性要求，还明显提高了快视图像的定位精度，为后期应用带来极大便利。

为了保证实时性，实时快视处理中采用谱修正迭代法解算RPC系数，其流程图如图8所示。

地面站的各接收站距离北京总部的传输网络链路距离极长，网络环境复杂，网络通信时延明显，采用常规技术难免网络传输速度和带宽使用率低下。因此，如何优化网络传输效能，实现超远距离网络下海量卫星数据的快速、高质量传输是地面站必须要解决的一个关键技术问题。

为解决海量遥感卫星数据超远距离网络传输效能的难题，地面站从以下几个方面入手，取得了良好的工程应用效果。

（1） TCP协议改进。地面站采用TCP协议进行遥感卫星数据传输以保证无差错地传送至数据目的地。首先，对TCP数据传输窗口进行适应性调整。如果传输窗口过小，会使传输数据包的数量显著增多，导致总体数据传输耗时加大。如果传输窗口过大，则会导致系统内存使用量加大，造成数据传输时系统I/O负载过重，从而影响实际的数据传输速度。

其次，对TCP传输拥塞算法进行改进。通常情况下，当发生数据拥塞时，系统会一次性地将数据发送速率降低50%，再逐渐提升速率。对于超远距离网络传输，该处理方法过于剧烈与机械，非常不利于对带宽的高效使用。通过改进协议算法，当出现网络拥塞时，系统会根据实际情况适度调整传输速率，使其既可以缓解数据拥塞，又能够快速恢复到原有速率最佳值，从而以最小的调整成本换取尽可能大的传输速度。

（2） 基于传输任务的带宽分配技术。通过使用通讯流量控制工具Traffic Control和TOS字段的过滤技术，并根据任务优先级和卫星下行数据码速率制定带宽分配策略以保证不同传输任务的时效性，使得优先级高的任务先完成，而其他级别的任务也会持续进行数据传输，充分利用现有网络资源以实现对各类数据传输任务的带宽动态分配和控制。

（3） 广域网数据传输加速技术。通过对数据进行无损压缩并结合数据缓存技术，减少实际传输数据量。数据传输加速会对数据流进行切片分组并标示后再进行传输，而每执行一个分组传输前，都会先对其内容进行比对，如果以前曾经传输过相同的数据分组，则仅传输标示给接收方，而不对具体数据进行传输。通过这样的数据处理机制，使得实际需要传输的数据量大幅降低，从而有效的提高了数据整体的传输速度。

目前，地面站各接收站到北京数据传输网络的带宽使用率均能达到在85%以上，实现了比较理想的海量遥感数据的网络传输效能。

地面站数据接收任务规划涉及数十颗卫星以及多个接收站的众多接收资源，任务规划的规模和复杂度非常高。如果利用传统解析模型对问题进行建模，尝试从整体的角度得到每个卫星数据接收任务的地面资源分配情况将会非常困难。

为了在一定的时间范围内求解实际的复杂问题，地面站采用基于遗传算法的自动化任务规划技术，寻找满足任务需求的较优解，为每个卫星数据接收任务均衡合理的分配地面接收资源，具备很高的准确率和计算效率，极大提高了卫星任务资源分配的自动化水平。

基于遗传算法的自动化任务规划技术流程如图9所示。

任务规划的核心在于如何为各个任务分配地面接收资源（天线、记录器、信道），对每个卫星数据接收任务尽量安排资源。算法采用贪婪算法生成初始种群，在此过程中需要考虑任务约束，资源使用约束等约束条件，计算初始群体的适应性值（任务优先级加权和，不满足约束的个体适应值为0）。如果不满足计算终止条件，则进行遗传计算操作：

（1）在种群中选择个体；

（2）根据交叉概率，对选择出的个体进行交叉操作；

（3）根据变异概率，对选择出的个体进行变异操作；

（4）计算新一代种群中个体的适应性值。

直至满足计算终止条件结束。

目前，在中国遥感卫星地面站实际业务运行中，面向5个接收站的数十套接收资源，针对每日200轨以上的卫星接收任务，任务规划时间不超过1 min，生成的任务规划结果可以完全满足自动化业务运行的要求。

为满足地面站系统自动化运行和远程技术支持的需要，通过数字三维虚拟仿真技术，将地面站本部和各地面站的环境和设备场景进行三维虚拟仿真显示，向运维人员提供了设备的统一监视与管理平台和监视信息的可视化综合显示（图10—图12）。

数字三维虚拟仿真采用三维呈现引擎技术引擎（简称T3D），可以提供DirectX3D和OpenGL渲染接口，其主要技术特点包括：

（1）场景虚拟仿真：基于三维引擎技术支撑多场景、大场景到微场景的多视角的虚拟仿真能力。

（2）高效渲染：T3D渲染多层建筑和1000—2000千个机柜规模的场景，三维帧率可达到>30帧。

（3）模型组件化：支持庞大的模型组件库，支持组件化封装调用，模型库中已有超过2000种3D模具。

（4）图形数据库技术：使用先进的图形数据库技术，在海量数据环境下，对设备的查询、关系遍历速度远远高于关系型数据库，任意资产设备的查询速度<2 s。

（5）图形数字化呈现：T3D引擎实现高效图形的数字化能力，通过数据驱动机柜设备模型的更新。

基于数字三维虚拟仿真技术实现的地面站网集中监视系统，除了能够以三维方式真实展现园区的环境、机房的布局、设备的位置、设备的运行状态等信息，还对接了资产管理系统、告警监控系统、性能监控系统以及视频监控系统，使运维人员能够对地面站网的运行状态进行实时集中监视，对发现的异常告警进行及时的响应和合理的判断与处置，加快了异常处理的时效性，缩短了故障恢复时间，提高了运行可靠性，为地面站的高效自动化运行提供了有力的技术保障。

从2008年起，地面站先后承担并完成了陆地观测卫星数据全国接收站网、资源三号卫星地面系统地面接收站网、高分辨率对地观测重大专项地面数据接收系统、中国科学院空间科学战略性先导科技专项地面数据接收系统、高分专项北极卫星地面站等一系列国家、中科院重大卫星工程地面接收系统建设项目，使地面站无论是设施规模、技术能力还是承担的卫星任务数量，实现了跨越式的发展，形成了目前的设施规模布局，总体技术指标达到国际先进水平。

目前，地面站正在承担着国家民用空间基础设施陆地观测卫星地面系统建设项目数据接收系统和中国科学院空间科学战略性先导科技专项（二期）地面接收系统的建设任务，届时地面站的设施规模和综合技术能力将再次得以大幅度提升。

近年来，地面站承担数据接收任务的国内外卫星数量、完成任务轨道数、数据处理量持续增长，接收成功率稳步提升。截止2020-09，地面站当年度承担数据接收任务的国内外卫星数量达32颗，完成任务总计达42183条轨道，数据接收总成功率达99.8%，新增卫星数据存档42002景，完成卫星数据产品生产处理任务53092景（图13、图14）。

Landsat是世界上应用最广泛的中等分辨率遥感卫星。地面站的Landsat 8卫星数据处理系统为自主研发完成，这也是地面站首次通过自主创新研制完成国外主流先进卫星的地面数据接收及处理系统。

地面站的Landsat 8卫星数据处理系统架构灵活、可扩展性强，采用分布式结构、模块化设计，可根据处理能力需求的变化随时调整系统中处理节点的数目，也可以通过模块及流程模板的修改随时调整处理流程，从而增加新的卫星数据或产品的处理能力。系统可提供使用数字高程模型及地面控制点进行几何校正的高精度正射数据产品，结合持续高效的定标工作，Landsat 8卫星数据产品延续了Landsat系统数据的高度一致性，为数据用户开展长时间序列研究创造了便利。

此外，中国遥感卫星地面站还建设完成了SPOT 6/7与Pléiades-1A/1B数据处理与产品生产系统，这也是地面站首次具备国际亚米级光学影像数据处理能力（图15）。目前这两套数据处理系统所提供的SPOT 6/7与Pléiades-1A/1B卫星数据与国际上完全一致，包括初级与基于Reference3D数据的正射产品，多种光谱组合产品，条带镶嵌产品，支持GeoTiff、JPEG2000有损/无损压缩等多种产品格式。另外，还支持用户自定义感兴趣的产品处理多边形子区，充分满足不同用户的特殊需求。

地面站接收、存档的大量陆地观测卫星数据都以共享的方式免费向国内、外用户开放，以充分发挥数据价值，为社会发展服务。

地面站对外数据共享目前有两个主要平台，一个是对地观测数据共享计划平台，另一个是国家综合地球观测数据共享平台。

“对地观测数据共享计划”自2011年开始实施，至今已持续近10年。目前“对地观测数据共享计划”面向全国用户提供40.8万景数据的免费网络下载共享，同时通过签署专项共享协议为专题研究提供专项数据支持。平台现有注册用户共计48002人，在线共享数据总量超过532 TB，系统访问量超过337万次，用户下载数据共589520景。除了常规的标准数据产品，“对地观测数据共享计划”还提供镶嵌产品、正射产品、影像融合产品、星上反射率产品、星上亮度温度产品、地表反射率产品和陆地表面温度产品等多类高级数据产品的免费共享下载，为满足国家重大战略需求和科研应用需要服务。

国家综合地球观测数据共享平台目前已从国内主要卫星中心动态汇聚的元数据超过2960万条，实体数据量超过288 TB，累计向GEO推送超过120万景数据。国家综合地球观测数据共享平台名列GEO最受用户欢迎数据资源的前列，2019年入选GEO全球数据共享方面年度亮点成果的唯一亚洲区域数据中心（图16）。