FY-3气象卫星中分辨率光谱成像仪和扫描辐射计11μm红外窗区通道的比较

在中国新一代气象卫星风云三号搭载的遥感器中,不同遥感器设有相近的通道.针对扫描辐射计(VIRR)第四通道(波段范围10.3～11.3μm)和中分辨率光谱成像仪(MERSI)第五通道(中心波长11.25μm),应用精确的逐线辐射传输模式(LBLRTM)模拟计算了红外波段8～14μm大气顶向外出射的光谱辐射率,大气廓线采用ECMWF再分析产生的具有代表性的全球52条大气廓线数据集.结合上述两个通道的光谱响应函数,计算了卫星接收到的大气顶出射辐射,从理论上分析了两个通道观测亮温之间的关系.应用2008年9月青海湖辐射校正场FY-3实际观测数据,检验了两个通道的关系.比较结果表明:LBLRTM模拟计算得到的MERSI和VIRR两个红外窗区通道的亮温有较好的一致性和线性关系,MERSI稍低于VIRR,偏差随温度的升高而线性增加.实际观测数据受诸多因素的影响,通道对比结果与理论模拟有一定的差异,VIRR观测亮温低于MERSI.结合MODIS的观测数据,分别与两个通道的观测结果进行了对比,确认了VIRR可能较低地估计了温度,MERSI与MODIS的符合程度在温度探测的绝对精度范围之内.该研究结果有助于评价MERSI和VIRR两个红外相似通道观测结果的异同性.

FY-3A中分辨率光谱成像仪热红外通道的多探元辐射定标

FY-3A中分辨率光谱成像仪(MERSI)红外通道采取40探元跨轨并行扫描方式,针对其辐射定标要比传统单元探测器的辐射定标复杂的问题,研究了MERSI红外通道的多探元辐射定标方法。首先,基于星上黑体观测进行逐探元的辐射定标处理,消除探元辐射响应差异条纹;然后,利用各探元与基准探元光谱响应对不同温度黑体光谱辐亮度建立比值关系,基于其随着辐亮度呈非线性变化的关系,对逐探元定标后图像进行探元光谱差异的辐亮度归一化补偿,从辐射机理上最大限度地消除图像条纹,实现了多探元观测目标辐射信号的光谱响应差异归一化。为了验证MERSI红外通道辐射定标精度,文中还利用同时过星下点观测(SNO)交叉定标方法,将MERSI定标结果与美国Terra中分辨率成像光谱仪(MODIS)定标结果进行比对,结果显示,相对于后者,MERSI的红外通道亮温高1K左右,认为这可能与两者的通道带宽不同有关。

基于多种亮度稳定目标的FY-3C/中分辨率光谱成像仪的反射太阳波段辐射定标

分析研究了风云-3C中分辨率光谱成像仪（FY-3C/MERSI）发射一年以来反射太阳波段的辐射定标精度,利用位于全球范围内的沙漠、盐湖等12种亮度稳定目标,结合中分辨率成像光谱仪（MODIS）的地表和大气参数产品和大气辐射传输模型,计算出了卫星过境时刻入瞳处的波段反射率,并将其作为在轨绝对辐射定标精度检验的参考真值,对2014年1月~10月期间,FY-3C/MERSI反射太阳波段的辐射定标精度进行了验证分析。结果表明,FY-3C/MERSI大部分波段在高低端的定标精度大小不一致。有些波段明显呈现高端定标偏差大,低端定标偏差小的特点;有些波段呈现高、低端定标偏差大,中间低的特点。在仪器发射一年以来,波段1~4,9~11,15~16和波段19仍能保持5%的定标精度。各波段定标精度的时间变化表明：在整个研究时期内,除蓝光波段和水汽吸收波段,其他波段的定标精度变化幅度基本在5%以内。实验结果显示：使用沙漠及盐湖等多种亮度稳定目标,有效地掌握了更宽动态范围内FY-3C/MERSI的辐射定标精度情况。

FY-3A中分辨率光谱成像仪红外通道辐射定标的场地评估

对比分析了基于场地观测数据模拟的和FY-3A中分辨率光谱成像仪(MERSI)红外通道星上定标观测卫星入瞳亮温值。主要的场地观测数据来自于2008、2009年青海湖以及2010年敦煌外场同步观测和2008、2009年青海湖浮标观测。利用光学仪器的同步观测数据共有7组有效结果,两年的青海湖有效浮标数据一共18组。通过对比分析发现,MERSI观测结果基本都在夜间低于浮标同步观测结果,而白天偏高。综合与场地同步和浮标的对比结果发现,MERSI星上定标观测亮温值系统性偏高于基于场地观测数据模拟的亮温值,平均偏高1.72±1.18 K。MERSI星上定标观测亮温值的系统性偏高可能主要由星上黑体发射率未经过修正引起。

风云三号A星中分辨率光谱成像仪反射太阳波段辐射定标

中分辨率光谱成像仪(MERSI)是搭载在我国第二代极轨气象卫星风云三号(FY-3)上的一个主要仪器。总结了MERSI在仪器设计、定标算法、发射前及在轨性能以及仪器性能验证等方面的信息。针对MERISI可见光星上定标器(VOC)的跟踪监测发现,在过去两年,它的太阳反射波段(RSBs)发生了显著的衰减,特别是较短波长通道(<500nm)衰减量超过10%,最大衰减发生在第8波段,约20%。但波长较长通道的性能相对稳定,衰减量小于5%。两个短波红外通道电子增益出现随机跃动,导致发射后的定标系数存在频繁波动。以上结果与其他两种替代定标方法相比(即中国遥感卫星辐射校正场定标,简称场地定标和基于Terra/MODIS敦煌沙漠场景交叉定标),结论一致。MERSI针对大气顶辐射亮度或反射率定标的总不确定度小于5%。定标结果为FY-3A/MERSI定标系数的更新提供了重要的参考和评估。

中分辨率成像光谱仪图像积雪反射特性的初步分析研究

通过对中分辨率成像光谱仪图像 2 6个连续波段的同点采样 ,获得从可见到红外光谱一个完整的积雪反射特性系列 .在背景气候、气象数据信息的支持下 ,进行图像积雪反射特性与同类积雪实测反射特性的对比分析 .结果表明 :本研究所使用的中分辨率成像光谱仪图像积雪反射特性反映了积雪变化的过程 ,同时与地面光谱仪实测数据有一定的对应关系 .同类积雪在可见光波谱区的光谱反射基本吻合 .据此 。

基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据的水稻遥感估产研究——以江苏省为例

选择以水稻为传统优势粮食产业的江苏省作为研究区,采用MODIS09数据作为数据源,根据水稻移栽期稻田土壤湿度较大的特点,利用不同植被指数间的关系,按照一定的算法排除地表干扰像元,提取水稻像元,并在此基础上结合统计资料,分析水稻单产与提取的水稻植被指数之间的关系,并利用水稻植被指数预测全省水稻单产。研究表明,在条件时间序列插值算法(CTIF)处理的基础上提取水稻像元,并基于提取的水稻像元进行遥感估产的方法能取得较好的估算效果。拟合的2004-2006年单产平均精度高于99%,预测的2007年各地级市水稻单产精度在95%左右,全省平均单产相对误差为0·38%,精度较高,具有一定可行性,可利用该方法对不同年份和不同地区进行水稻产量估算。

神舟3号飞船中分辨率成像光谱仪场地替代定标新方法研究

神舟3号飞船(SZ-3)搭载的中分辨率成像光谱仪(CMODIS)是我国下一代对地环境卫星遥感器的试验仪器,能获取地气系统30个可见光-近红外通道观测数据,这些高光谱数据应用,特别是定量遥感产品反演受到辐射定标的严重制约。文章在传统的在轨遥感器场地辐射校正基础上,提出了星地准同步观测场地辐射校正新方法,在缺少足够地面同步观测数据情况下,实现了CMODIS场地辐射校正,并达到了预期辐射校正精度要求。同时基于敦煌场地反射率光谱光滑的特点,利用EOS/MODIS大气订正后的通道反射比进行光谱内插,开展一种新的交叉定标方法试验。文章针对SZ-3/CMODIS数据,用此两种方法独立进行场地替代定标,试验结果能够相互验证,表明这两种定标方法切实可行,定标精度可靠,为我国下一代环境气象卫星传感器在轨辐射定标提供了新的定标方法和技术。

FY-3/中分辨率光谱成像仪星上黑体的在轨太阳污染模拟与抑制

对风云三号(FY-3)中分辨率光谱成像仪(MERSI)的黑体进行了在轨太阳污染模拟,以掌握在轨太阳污染对面源黑体的影响,同时研究了抑制太阳污染的措施。模拟了FY-3卫星轨道及全轨道周期内太阳光的入射角,使用Tracepro软件建立了太阳污染模拟的模型,利用太阳光入射与MERSI的相对位置对太阳污染进行仿真,分析了污染随光谱成像仪扫描镜旋转和卫星飞行位置的变化。最后,根据分析结果设计了太阳污染抑制措施,并对抑制效果进行了仿真验证。结果表明:在扫描镜附近区域设置遮光板,有效地抑制了太阳光的污染,使辐射量级小于0.1 W,整个太阳污染功率下降了97%以上,对黑体有良好的保护效果。另外,提出的方法提高了面源黑体温度的均匀性和稳定性,保证了红外通道星上定标精度。

中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据在地学中的应用前景

中分辨率成像光谱仪 (MODIS)具有高效的数据存储格式 (HDF)、信息丰富、数据获取快和覆盖范围广等特点 ,使其在对地实时监测等方面有较大的应用价值。MODIS数据对于开展自然灾害、环境监测研究具有重要意义 ,在地质资源勘查 ,植被。

FY-3B/C中分辨率光谱成像仪在轨初期传递函数的评价和比较

针对极轨气象卫星的特点,提出了利用极地冰雪目标进行风云(FY)卫星中分辨率光谱成像仪(MERSI)传递函数(MTF)测试的刃边方法。该方法沿着冰雪和海洋之间的边缘进行取样,然后将获得的点扩展函数经过傅里叶变换得到最后Nyquist频率点处的MTF值。该方法能够应用于绝大多数MERSI通道。MTF测试结果表明:在轨初期,FY-3B/C-MERSI图像在卫星飞行方向的MTF结果都在0.31左右,图像质量较高,能够满足设计指标。但两颗卫星的MERSI传感器图像空间频率特性沿扫描方向都不是很好,1 000m分辨率的FY-3C图像测试结果集中在0.12左右,FY-3B集中在0.10左右,且FY-3C星结果系统偏高于B星,B星250m分辨率的测试结果只有0.07。分析认为导致这种图像频率特征质量在扫描方向严重下降的主要原因是设计MERSI时为保证信噪比保留的像元重叠扫描,建议在下一代FY-3号气象卫星设计时考虑这种重叠扫描的处理。

风云三号B星中分辨率光谱成像仪响应衰变分析

搭载于风云三号B星（FY-3B）的中分辨率光谱成像仪（MERSI）安装了由积分球和监视探测器组成的太阳反射通道星上定标器。分析了2010年11月13日至2013年4月11日期间的星上定标数据,评估了FY-3B星上定标器和MERSI的响应衰变情况。结果表明,星上定标器的输出和MERSI的响应均存在衰变,且衰变程度与波长有关。除星上定标器除通道1（470 nm）年衰变率超过7.0%外,其余通道年衰变率小于5.0%。MERSI 470～565 nm等短波通道衰变较大,年衰变率超过10.0%;长波通道衰变较小,年衰变率小于4.0%。

FY-3A中分辨率光谱成像仪图像地理定位方法

风云三号A星(FY-3A)中分辨率光谱成像仪(MERSI)采用45°镜旋转扫描,形成垂直于卫星飞行轨迹的360°连续圆周扫描方式,多元探测器并扫的技术。该研究依据这种扫描特性,给出了适用于FY3A MERSI遥感图像地理定位的方法;定义了完善的坐标系及坐标系转换关系,根据MERSI观测几何、卫星空间位置和姿态、仪器空间位置和指向建立了探测器像元观测矢量与地面位置之间关系的模型;通过地形校正消除地形起伏带来的定位误差;在FY 3A地面应用系统中业务运行的同时,通过一定数量的地面控制点分析,将定位误差等效为遥感仪器安装误差,修正了MERSI的仪器指向角度。实验结果表明,使用该方法对MERSI遥感图像地理定位精度达到250 m像元级,满足MERSI图像的高精度定位要求。

风云三号A星中分辨率光谱成像仪反射太阳波段的多场地定标跟踪

搭载于中国第二代极轨气象卫星FY-3A上的中分辨率光谱成像仪（MERSI）是一个类似于MODIS的传感器，具有19个反射太阳波段和一个热红外波段。尽管MERSI配备了可见光星上定标试验设备，但是其只能用于仪器响应的衰减追踪。每年一次的敦煌场地替代定标一直是MERSI反射太阳波段在轨绝对辐射定标的主要方法。为了提高在轨定标频次，提出了多场地辐射定标跟踪方法。该方法依赖于多个稳定目标场的大气顶模拟辐射，并基于定标系数时间序列的趋势分析建立了定标日更新模型。以Aqua MODIS观测值为参考，对MERSI的定标基准进行了评估，两者的平均相对偏差在5%以内（0.4～2.1μm）。研究发现：MERSI的短波部分衰减显著，特别是412nm波段，年衰减率达9.7%；红光和近红外波段相对稳定，年衰减率在±1%以内。采用多种方法分析了MERSI定标结果的可靠性。多场地定标和敦煌场年度替代定标结果间的相对偏差小于3.8%。以Aqua MODIS为参考对定标后的MERSI数据进行了辐射质量监测，双差分析表明在辐射稳定的沙漠地区，两者的平均相对偏差约在5%之内；同时星下点观测分析也显示出良好的一致性。

应用于小卫星平台的中分辨率成像光谱仪

文章简要介绍了中分辨率成像光谱仪（CMODIS）的组成、原理及系统设计。

FY-3气象卫星中分辨率光谱成像仪结构仿真分析

用ANSYS软件仿真分析了风云三号（FY-3）气象卫星中分辨率光谱成像仪的结构。根据建立的成像仪有限元模型,进行了静力学、模态和谱分析,给出了X、Y、Z向加速度载荷下消旋机构的应力和变形、1-20阶模态频率,以及各向正弦振动谱作用下各部件的应力和变形。结果表明：有限元法与实验数据基本吻合,可用于成像仪设计的优化。

考虑地物时空异质性的云下中分辨率成像光谱仪(MODIS)波段反射率恢复

云是光学遥感影像解译及地表参数定量反演的主要障碍,破坏了遥感产品的时空连续性;而随着遥感技术的推广和应用,大量的遥感参数产品已经被用于各个领域,比如卫生领域的疾病监控、地质灾害领域的滑坡监测以及城市雨洪预警等等;云导致的遥感数据质量下降与各领域对遥感数据质量要求的不断增加构成了不断激化的矛盾。针对这一矛盾,结合当前关于云消除研究的现状;提出了一个具有物理机制的云像元反演算法。该算法在计算过程中考虑了地表在不同入射、观测方向上的二向反射分布函数(BRDF),并引入时空权重因子实现对时空异质性的考虑;这些使该算法能够保证在各种情况下均具有良好的整体精度,从而保证该算法能够胜任定量遥感领域的研究需求。应用该算法,在黑河中游地区展开实验,反演结果与中分辨率成像光谱仪(MODIS)多个波段的数据对比均展现出较好精度。其中,整体均方根误差RMSE达到0.012,整体均方根误差百分比RMSE%为8.8%,整体相关系数平方R^2达到0.98,与对比算法相比较具有极大的提升;这表明该算法理论基础扎实,并具有较好的实用性。

基于中分辨率成像光谱仪数据的洋面云检测新方法的研究

提出了一种利用中分辨率成像光谱仪热红外窗区通道数据进行云、晴空分离的新方法。该云检测算法从热红外窗区通道亮温出发,并结合水汽廓线,运用水汽规度法计算规度因子的值,利用规度因子的数值状态实现分离云和晴空,从而达到云检测的目的。经过大量的实验,并将结果与中分辨率成像光谱仪官方云检测产品作对比分析,结果表明准确率为91%,算法具有可行性。

中分辨率成像光谱仪(MERISFM)的性能(上)

按照欧洲空间局的合同为ENVISAT 1极轨地球飞行任务研制的中分辨率成像光谱仪(MERIS),属于新一代海洋水色敏感仪。它可以用来提高人们对我们行星上的一些重要过程的认识。目前由AEROSPATIALE领导的一个国际工作队正在开展该仪器的研制工作。 MERIS是一台推帚式仪器,它是利用位于390 nm和1040 nm之间的15个可编程波段以 1150 km的刈幅测量地球辐射的。其如此宽的空间范围是由 5台成扇形展开的视场均为14°的摄像机达到的。 本文介绍了 MERIS FM仪器的性能验证计划、所涉及到的一些测试设备以及实际测得的性能。