FY-1C气象卫星上的10波段可见-红外扫描辐射计(英文)

10波段可见 -红外扫描辐射计是我国极轨 FY- 1C气象卫星上的主要有效荷载 .本文介绍了该仪器的构成、探测波段、探测器、在轨信号处理器和运行表现 .

FY-3C/可见光红外扫描辐射计中红外通道太阳污染的识别和修正

基于风云-3C/可见光红外扫描辐射计（FY-3/CVIRR）的中红外通道（3.7μm）的太阳污染现象和发生规律,分析了太阳污染出现的时空特征,提出了初步判识并修正北半球太阳污染数据的方法,并就太阳污染对定标系数和黑体亮温的影响做了定量的评估。结果表明,对于FY-3C/VIRR的中红外通道,太阳光线照射到定标黑体时所形成的北半球高纬度太阳污染主要出现在太阳天顶角在85°~118°之间的位置时;由太阳污染导致的该区域地球观测亮温日平均偏差为4.5K左右,最大偏差达到15K左右。通过对逐日太阳污染数据进行识别,并采用污染前后定标系数进行线性求差值,可以初步修正太阳污染对定标系数带来的异常影响。

FY-3气象卫星可见光红外扫描辐射计冷空间基准采样区观测到月球后的现象

FY-3气象卫星可见光红外扫描辐射计(VIRR)冷空间基准采样区在特定时刻观测到月球,使该时刻遥感图像出现地球区信号码值减小甚至无码值的条带状异常区域,对遥感数据产生影响。根据VIRR轨道运行特点、在轨工作模式和冷空间数据采样机理,分析了VIRR冷空间采样区观测到月球并影响遥感数据的原因,阐述了VIRR扫描镜像旋转引起冷空间采样时月球图像通道间配准错位的机理,通过卫星轨道仿真计算了一年周期内出现此种现象的时间及规律,对受影响的遥感数据提出了处理建议,对数据修正作了初步尝试并对数据修正的可能性作了分析。

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.

可见光红外自旋扫描辐射计数据处理方法

原始云图数据缓冲处理方法是ＦＹ－２号静止气象卫星ＣＤＡＳ原始云图处理分系统研制的关键问题，直接关系到产生的展宽云图的精度和质量。文章论述了先缓冲后重采样处理方式的原理及计算方法，同时介绍了使用多片高速数字信号处理器（ＤＳＰ）并行处理实现原始云图等角度重采样处理的技术途径。

FY-1C卫星10通道扫描辐射计

详细介绍了用于FY 1C卫星的 10通道扫描辐射计系统性能、光学设计、电子学设计、辐射定标和主要元部件的指标性能以及卫星发射后的在轨测试结果。

基于可见光红外扫描辐射计杂散光建模仿真

杂散光对星载红外光学系统的影响体现在两个方面,一是成像质量会恶化,二是仪器定标精度会降低。因此,开展星载红外光学系统杂散光分析与抑制工作十分必要。本文以FY-3气象卫星的可见光红外扫描辐射计(VIRR)为研究对象,使用TracePro对仪器成像光学系统进行建模仿真,得到了不同光谱通道在不同维度的点源透过率(PST)曲线。结合在轨仪器备份产品的杂散光实验室复测,对模型仿真与实测结果做了定性比对分析。通过分析PST曲线,找到了仪器可能受杂散光影响的光照角度;通过对卫星轨道参数进行仿真和分析,在考虑载荷间相互影响的情况下模拟了卫星穿越晨昏线时的光照射情况,获得了杂散光量级的初步结果。该工作还可以为同类载荷的消杂散光设计和太阳污染抑制提供参考,同时为遥感历史数据再定标提供基础支撑。

多功能手持式太阳辐射计的设计与实现

介绍了一种多功能手持式太阳辐射计各模块的原理和实现方法.该太阳辐射计中设计了人工和自动太阳对准通道,测量时由微处理器自动捕捉最佳测量时机,在有效提高测量数据质量的同时可实现与自动跟踪太阳辐射计系统的无缝接入.

VIRR/FY-3A分裂窗波段与AIRS/AQUA和IASI/METOP-A数据的交叉辐射定标

实际应用显示搭载在风云三号A星(FY-3A)上的可见光红外扫描辐射计(VIRR)的两个分裂窗波段(IR4,~10.8μm;IR5,~12.0μm)存在定标偏差。本文选择高光谱卷积法,用AQUA卫星搭载的大气红外探空仪(AIRS/AQUA)和METOP-A卫星搭载的干涉式红外大气探测仪(IASI/METOP-A)的观测数据对VIRR/FY-3A的两个分裂窗波段进行交叉辐射定标。根据卫星轨道特点,选择北极地区(60°N^90°N,180°W^180°E)作为研究区域,并选择2010年6月、9月、12月以及2011年3月作为研究时间段。首先,分别将AIRS/AQUA和IASI/METOP-A数据与VIRR/FY-3A的第4波段和第5波段的光谱响应函数进行卷积;对观测数据进行重采样,并基于普朗克黑体辐射公式实现辐射值和亮度温度之间的转换。然后,使用两个相关的匹配条件提取VIRR/FY-3A分别与AIRS/AQUA、IASI/METOP-A在第4波段和第5波段的匹配观测点对。最后,对匹配观测点对进行回归分析,得到交叉辐射定标偏差订正方程的系数。结果表明AIRS/AQUA和IASI/METOP-A的在轨辐射定标非常一致。以AIRS/AQUA和IASI/METOP-A波段的辐射定标为标准,VIRR/FY-3A第4波段的平均定标偏差分别为2.39K和2.06K,第5波段的平均定标偏差分别为0.59K和0.44K。实验指出定标偏差与亮度温度有关。

基于滤波反投影算法的自旋式综合孔径辐射计分辨率与灵敏度分析

针对自旋式稀疏阵列综合孔径微波辐射计近似于极坐标的采样方式下成像算法复杂、系统参数估计困难等问题,该文提出一种基于滤波反投影算法的系统参数估计方法。该方法通过对极坐标下狄拉克采样梳子函数进行1维傅里叶-汉克尔变换得到系统的点扩散函数,并根据点扩散函数主副瓣分解,重点分析了径向与角度方向采样间隔对无混叠视场范围的影响以及主瓣宽度对应的分辨率。该文同时利用滤波反投影算法推导了自旋式稀疏阵列辐射灵敏度的估计方法。数值仿真与实测点源响应函数的一致性表明了该模型的精确性。

基于Dome C的SNPP和NOAA-20 VIIRS DNB在轨辐射定标精度及稳定性评估

基于夜间大气层顶反射率方向性分布特性,提出了一个基于精确模拟夜间辐射传输过程的低照度遥感载荷在轨辐射定标性能评估新方法。即以南极雪地Dome C为研究区,以MT2009 (Miller-Turner 2009)大气层顶月球辐照度模型和大气层顶双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)模型模拟的夜间星上辐亮度值为基准,分析相同几何条件下,可见光近红外成像辐射计夜间光波段(Visible Infrared Imaging Radiometer Suit Day/Night Band,VIIRS DNB)观测辐亮度与基准值之间的一致性,发现在2018-2020年两者差值保持在4.97×10^(-10)W·cm^(-2)·sr^(-1)左右,比VIIRS DNB最小探测阈值3×10^(-9)W·cm^(-2)·sr^(-1)约低一个数量级,故从可接受的仪器灵敏度误差范围内,可判定VIIRS DNB载荷在美国极轨合作卫星(Suomi National Polar-orbiting Partnership,SNPP)和美国国家海洋和大气管理局(NOAA-20)上在轨辐射定标性能均非常优良。另外,基于距离校正后的SNPP VIIRS DNB和NOAA-20 VIIRS DNB辐亮度开展了 VIIRS DNB载荷在轨辐射定标稳定性分析,发现相同月相角下两载荷辐亮度一致性在6%以内。

FY-3B/VIRR海表温度算法改进及精度评估

该文介绍了卫星观测海表温度(SST)算法的发展历程,给出了所用SST算法的同归模型,并在FY-3B/VIRR业务SST算法的基础上进行了改进。基于NOAA-19/AVHRR匹配数据集,进行多算法建模分析及精度评估,白天最优算法为非线性SST(NL)算法,夜间最优算法为三通道SST(TC)算法,最优算法的确定与NESDIS/STAR-致。建立2012年8月-2013年3月FY-3B/VIRR匹配数据集,并在此基础上进行多算法回归建模及精度评估,白天和夜间的最优均为NL算法,分析发现夜间TC算法采用匹配数据集版本2(MDB_V2)时,3.7μm通道存在类似百叶窗的条带现象。以2012年10-12月FY-3B/VIRR匹配数据集计算回归系数,以2013年1-3月独立样本进行精度评估,与浮标SST相比,NL算法白天和夜间的均方根误差分别为0.41℃和0.43℃。与日平均最优插值海温(OISST)相比,NL算法白天和夜间的均方根误差分别为1.45℃和1.5℃;选择与OISST偏差在2℃以内的样本,NL算法白天和夜间均方根误差分别为0.82℃和0.84℃。

FY-3气象卫星微波水汽三维可视化及其在强天气监测中的应用

基于风云三号(FY-3)气象卫星上的可见光红外扫描辐射计(visible and infrared radiometer,VIRR)和微波湿度计(microwave humidity sounder,MWHS)数据,通过IDL语言开发设计了"FY-3微波水汽三维显示软件"。该软件可根据白天或夜晚监测时次的不同,自动生成由VIRR的3个通道(B6,B2,B1)合成且叠加4个高度(地表、850hPa,500 hPa和300 hPa)的微波水汽分布图(白天)或由VIRR热红外通道(B5)的云顶亮温图叠加微波水汽分布图(夜晚)。在热带气旋和梅雨监测预警中的应用表明:微波水汽三维可视化的结果综合了FY-3可见光红外数据在空间分辨率上和微波湿度数据在不同大气高度层垂直探测能力上各自的优势,其表达形式简洁、直观。该方法可以作为强天气监测预警的有效补充手段,具有一定的推广应用价值。

FY-3A气象卫星VIRR云检测产品与IRAS的匹配

通过查找表方法进行FY-3A气象卫星可见光红外扫描辐射计(Visible and InfraRed Radi-ometer,VIRR)云检测产品与红外分光计(Infrared Atmospheric Sounder,IRAS)之间的匹配实验,使VIRR云检测产品与IRAS具有一致的空间分辨率,为IRAS大气温湿度廓线的反演提供可靠的云检测信息。实验中分别采用模拟的VIRR云检测结果与IRAS数据进行匹配,并将匹配结果与原始云检测信息进行对比分析,验证查找表方法进行两者之间匹配处理的可行性。

基于敦煌辐射校正场的FY3B/VIRR反射太阳波段衰减分析

VIRR是搭载在我国最新一代极轨气象卫星FY-3B上的可见光红外扫描辐射计,发射后的遥感器需要进行不断的辐射定标校准以提高数据质量,更好的满足用户需求。为了研究FY3B/VIRR入轨后辐射响应的衰变规律,利用2011年—2015年敦煌辐射校正场同步试验数据,采用反射率基法计算其反射太阳波段的辐射定标系数,除受水汽吸收影响的波段10,其余各波段定标系数相对标准差均小于1.5%。以Aqua/MODIS为辐射基准验证了该方法的精度,结果表明,正演大气顶辐射与卫星观测值的平均偏差均小于2.5%。基于上述五年的VIRR定标结果,结合发射前定标系数,计算了遥感器的年际衰变率,结果表明:仪器衰减显示出一定的波长依赖性,波长越短的波段衰减越大;与发射前定标系数相比,入轨第一年的仪器定标系数有较大程度的变化;随着在轨运行时间变长,仪器衰减趋势开始减缓,在轨运行的第二和第三年衰减均大幅减小;从第四年开始波长<0.8μm的波段,有衰减增大的趋势;在轨运行两年后,波长>0.8μm的波段部分年份出现了响应增加的现象;与孙凌等的FY3A/MERSI衰减变化规律相比,衰减率和波长的相关性是一致的,但MERSI在0.65μm的波段3和13均出现相应增加的现象,而VIRR在该波长处的波段1却有衰减增大的趋势;综合历年的衰减率可以看出,波长较短的波段7,8和9年衰减率基本大于5%。

基于实测数据的FY-3A海表温度业务化算法研究

建立适于FY-3A卫星的海表温度业务化反演算法并验证其精度.采用覆盖我国渤海及北黄海的长时间序列现场观测数据及相应FY-3A VIRR数据,建立了适于FY-3A VIRR海表温度反演的分裂窗算法.独立样本数据验证表明,算法平均误差为0.78℃,RMSE为0.93.

FY-3卫星VIRR海表温度产品进展

介绍了在过去的5年中根据用户需求FY-3卫星可见光红外扫描辐射计(VIRR)海温产品算法和产品设计的进展。给出了其中主要的国内外海温算法。介绍了FY-3卫星VIRR海温产品的进展:FY-3A星海表温度(SST)用可见光阈值进行云检测,其SST值偏低;FY-3B星SST用云检测产品中的确信晴空进行分纬度带的白天MCSST算法,但整体海温仍偏低;FY-3C星SST在B星的基础上进行了优化,首次反演了夜间海温,并提供了逐像元的质量标识及海温的气候偏差,设计了5km全球海温,实现了5min段海温产品存档,提高了风云海温产品的可靠性、可用性和精度。给出了FY-3C星VIRR海温产品的图像及质量检验情况。归纳了海温产品的同一框架下多级别、多源、高分辨率的发展趋势。将风云卫星海温产品规格与高分辨率海温科学组(GHRSST)GDS2.0的交叉比对,海温科学组认为中国在海温方面的能力在不断增强。研究认为:长序列海温产品重处理以确保海温产品的一致性非常必要,海温产品需采用国际通用海温产品规格。

FY-3卫星洪涝灾害监测应用

对利用风云三号(FY-3)卫星数据对洪涝灾害监测进行了研究。给出了用FY-3卫星中分辨率成像仪(MERSI)和可见光红外扫描辐射计(VIRR)对薄云下和薄雾覆盖的水体判识的原理,以及洪涝信息检测中水体最大淹没面积和淹没时间信息的获取方法。给出了用FY-3卫星微波成像仪(MWRI)通过微波指数法反演洪涝信息的方法,可进行连续、全天候的大范围洪涝灾情监测。2011、2016年由其他卫星获得的洪涝水体信息表明:风云卫星的洪涝水体监测精度可达90%以上,甚至优于EOS卫星的MODIS和NOAA卫星的AVHRR的精度。近年来,风云卫星在国内外洪涝灾害等重大灾害监测评估中发挥了重要作用,改变了业务上以国外卫星资料为主进行洪涝灾害监测的局面,同时也提升了FY-3卫星在国际上的地位。展望了我国风云卫星在洪涝监测中的发展方向,指出随着风云卫星遥感技术的不断发展,洪涝灾害监测评估精度将会提高,为洪涝灾害防灾减灾提供更科学准确的决策依据。

基于多通道高朗伯特性的辐射测量技术研究

近年来大气气溶胶与日俱增,对全球气候和大气环境产生了巨大的负面影响,同时气溶胶的污染特性与臭氧层的破坏有密切关联,为对大气气溶胶、臭氧及太阳辐射剂量进行监测,本文提出一种新型大气探测辐射计的研制及测量方法,该方法研制的辐射计既可用于气候监测,又可用于农业监测。辐射计涵盖可见-红外谱段,同时拥有七个探测通道,它特有的三片式平面匀化器,可控制辐射剂量,保证双腔式探测器的高朗伯特性,经实验验证朗伯特性误差不超过2%。进行高精度辐射定标后,辐射计可获取精确的太阳辐射信号,进而反演出大气气溶胶光学厚度及臭氧浓度等参数,以此指导气候分析及农业生产。

非制冷红外焦平面阵列最新进展

非制冷红外焦平面技术在过去的几年内得到了飞速发展,并在军事、商业和民事中得到成功应用.过去曾是制冷型焦平面占据的应用领域,现在逐渐为价格低、重量轻、功耗低、体积小、性能可靠、操作方便的非制冷红外探测器所代替.非制冷焦平面阵列基本上有两类:一类是铁电-热电型辐射计;另一类为电阻型测辐射计.