微波成像仪翻转装配设备的设计

微波成像仪是航天精密产品,在出厂前需要开展装配和一系列试验。基于双钩吊翻转原理,通过运动分解方法对设备功能进行分析,设计了微波成像仪翻转装配设备。介绍了微波成像仪翻转装配设备的结构、原理,并进行了有限元分析和试验。结果表明,这一设备运行稳定,能够满足微波成像仪翻转装配的需求。

TRMM测雨雷达和微波成像仪对两个中尺度特大暴雨降水结构的观测分析研究

文中利用TRMM卫星的测雨雷达和微波成像仪探测结果,研究了1998年7月20日21时(世界时)和1999年6月9日21时发生在武汉地区附近和皖南地区的两个中尺度强降水系统的水平结构和垂直结构,以及TMI微波亮温对降水强弱和分布的响应。研究结果表明:这两个中尺度强降水系统中对流降水所占面积比层云降水面积小,但对流降水具有很强的降水率,它对总降水量的贡献超过了层云降水。降水水平结构表明,两个中尺度强降水系统由多个强雨团或雨带组成,它们均属于对流性降水;降水垂直结构分析表明,强对流降水的雨顶高度可达15km,强对流降水主体中存在垂直方向和水平方向非均匀降水率分布区,层云降水有清晰的亮度带,层云降水的上方存在多层云系结构。降水廓线分布表明:对流降水廓线与层云降水廓线有明显的区别,并且降水廓线清晰地反映了降水微物理过程的垂直分布。整个中尺度强降水系统中对流降水与层云降水的区别还反映在标准化的总降水率随高度的分布。微波信号分析表明:TMI85 GHz极化修正亮温,19.4与37.0,19.4与85.5,37.0与85.5 GHz的垂直极化亮温差均能较好地指示陆面附近的降水分布。

利用热带降雨测量卫星的微波成像仪观测资料反演陆地降水

利用热带降雨测量卫星的微波成像仪资料，结合淮河流域试验加密观测期的阜阳地面天 气雷达雨量资料，建立了以散射指数和极化订正温度为主要参数的降水反演算法。对文 中所做反演试验与日本ＮＡＳＤＡ用微波成像仪和星载测雨雷达反演的雨强进行了比较。结果表明 ，文中所用的方法在反演陆地下垫面的降雨强度的分布和降雨区域的确定是比较成功的。

用TRMM卫星微波成像仪遥感云中液态水

应用热带降雨测量卫星微波成像仪 (TRMM/TMI)的被动遥感资料 ,选用对云中液态水变化非常敏感的 85 .5GHz垂直极化通道的亮温信息 ,通过离散纵坐标矢量辐射传输模式 ,采取逐步逼近的方法确定出地表的微波比辐射率 ,并运用迭代方法有效地反演出云中液态水含量及其分布。与对应的卫星红外云图对比结果表明 ,反演的云中液态水分布是合理和可信的。

风云三号微波成像仪积雪参数反演算法初步研究

选择新疆地区作为实验区,为风云三号(FY-3)微波成像仪(MWRI)发展中国区域的积雪参数半经验反演算法。使用2003年4个月的新疆地区的台站观测资料和AMSR-E 18.7 GHz,36.5GHz和89 GHz水平和垂直极化亮温作为FY-3 MWRI的模拟数据,在Chang建立的半经验模型的基础上,采用多元线性回归分析,建立一个新算法。用已有方法去除水体、降雨、湿雪、冻土的像元后,用新算法反演了新疆地区的2004年1月的积雪参数,并分别与AMSR-E雪水当量产品和台站观测值进行比较,结果表明新算法在新疆地区优于AMSR-E的反演算法。

利用微波成像仪资料反演台风Aere(2004)降水水平结构

利用热带降雨测量卫星(TRMM)的微波成像仪(TMI)和星载测雨雷达(PR)资料,从台风Aere(2004)接近台湾岛的观测资料中选取3个时次的数据,采用4种不同方法进行TMI反演降水试验。结果表明,常用的仅用高频通道反演降水方法的效果并不理想,多通道直接组合法的反演结果虽然稳定性很好,但始终无法达到最佳,多通道直接对数组合法的反演结果虽然有时较好,但反演结果不稳定,而多通道间接对数组合法既可以较好地表征弱降水区的范围和强度分布,又能描绘强降水区的位置,且反演效果稳定,是由微波亮温资料反演洋面降水的一种较为理想的方法。结果对于利用我国自行发射的气象卫星遥感资料反演降水具有一定的参考价值。

FY-3微波成像仪遥感图像地理定位方法研究

风云3号(FY-3)微波成像仪采用天线绕轴旋转形成圆锥形跨轨的扫描方式。该研究依据这种特殊的扫描几何,给出了适用于FY-3微波成像仪遥感图像地理定位的方法。根据微波成像仪观测几何、仪器空间位置和指向建立了遥感图像观测像元与地面位置之间关系的模型,其中包括根据卫星位置计算实时速度的算法模型。将此方法用于FY-3微波成像仪遥感图像地理定位,将计算结果与实际遥感图像比较以及通过地面控制点定位精度统计分析,使用该方法的地理定位精度达到像元级。

风云三号微波成像仪定标精度评价及业务产品介绍

风云三号卫星(FY-3)为极轨系列卫星,目前为止分别于2008年5月和2010年10月发射了上午轨道(A)和下午轨道(B)两颗卫星。微波成像仪(MicroWave Radiometer Imager,MWRI)是装载于FY-3上的重要遥感仪器。该仪器为10通道双极化微波成像仪器,中心观测频率设置为10.65,18.7,23.8,36.5和89.0GHz,每个频点有垂直(V)和水平(H)两个探测通道。获取的对地观测亮温数据可用于定量获取大气降水、水汽、海面风速、海温、海冰分布、土壤湿度和陆表温度等地球物理参数信息。目前微波成像仪运行状态稳定,每天获取两次全球覆盖数据。主要介绍微波成像仪定标状况和主要业务产品算法。

微波成像仪低速动平衡

探测气象分析卫星云图的星载微波成像仪,其机械扫描成像机构大孔径偏置抛物面天线具有非对称和转速低的特点。如果振动过大,将直接影响到卫星的姿态控制。分析表明动不平衡是造成天线振动的主要原因。对成像仪进行了现场整机动平衡,减小了成像仪的振动。

基于风云三号微波成像仪的热带气旋强度的多元统计估计方法研究

利用中国风云三号微波成像仪数据开展西北太平洋热带气旋强度多元统计估计方法研究。⑴分析各通道以热带气旋中心为圆心,不同半径的同心圆和同心圆环内的亮温参数与热带气旋最大风速之间的定量关系,结果表明:低频通道1.0°和1.5°以内亮温的最小值、大于某亮温阈值的象元百分比和平均值与最大风速之间的相关性最高。⑵利用主分量分析和多元回归方法建立适合于西北太平洋上的热带气旋强度估计模型,其独立样本检验的均方根误差为13 kt。此模型在热带气旋发展的初始阶段会出现最大风速的高估,而在热带气旋发展的成熟阶段会出现最大风速的低估,正负偏差的分界点出现在70 kt左右,偏差较大的个例大多是未形成规则的热带气旋云系结构,且具有非常明显的不对称性。因此估计热带气旋强度时考虑热带气旋的云系结构特征将有助于进一步提高估计精度,且随着热带气旋样本数的增多,精度也有望进一步提高。

FY-3微波成像仪10.6GHz通道超分辨率图像重建

为改善风云三号(FY-3)微波成像仪10.6 GHz通道空间分辨率,提出利用超分辨率图像重建算法进行图像重建。分析并指出FY-3微波成像仪10.6 GHz通道具有过采样特征,具备重建得到高于瞬时视场图像的潜力;基于超分辨率图像重建理论,根据FY-3气象卫星轨道、姿态,微波成像仪性能参数以及工作模式等物理约束,建立微波成像仪的超分辨率成像模型,并推导计算出超分辨率成像模型参数;采用POCS算法重建得到10.6 GHz通道的超分辨率图像,采用目视比较分析、图像统计分析对重建图像进行质量评价:重建图像像元平均梯度提高26.5%,功率谱分量和提高5.7%,重建图像具有更高的空间分辨率;台风亮温分析应用显示了从重建图像可发现更微小的景物细节目标。采用超分辨率图像重建算法对FY-3微波成像仪10.6 GHz通道进行重建处理,结果有效且正确,可为数据用户提供更多可用的遥感数据,对微波遥感数据应用具有提升作用。

利用专题微波辐射成像仪(SSM/I)检测东南极陆面亮温变化

介绍了微波辐射测量面目标表面亮度温度的原理，分析了冰雪的微波辐射特性与亮温特征。利用专题微波成像仪 (SSM/I) 数据研究了 1988 年 1－8 月份东南极内陆冰雪表面亮温变化。首先根据 37 GHz 水平极化辐射亮温 175 oK 等温线推算南极大陆冰外缘线，然后利用 37 GHz 数据计算分析了东南极内陆 1988 年年内 1－8 月的地面亮温均变化。结果表明在东南极内陆的地面亮温年内月均变化不大；在东南极的边缘，其受大洋季候风变化影响发生很大的变化。

星载微波成像仪接收通道的仿真研究

星载微波成像仪接收通道即微波辐射计，是星载微波成像仪的核心部分。对其进行仿真研究的关键和基础是信号处理方法。给出了接收通道各环节的数学模型；采用快速离散富里叶变换处理信号；分析并缓解了由于离散富里叶变换带来的频率分辨率与样本点数之间的矛盾；以全功率微波辐射计为例进行了仿真研究并给出了结果。为进一步实现系统仿真调试和环境仿真调试奠定了基础，并为其它类型微波辐射计的仿真研究提供了借鉴。

星载微波成像仪数字仿真技术

星载微波成像仪是卫星遥感技术中获取信息的重要仪器，其性能直接影响整个卫星系统。由于在真实系统上直接试验的风险和代价太大，所以数字仿真技术成为一种行之有效的手段。提出了星载微波成像仪数字仿真的设计思想和目标；详细介绍了数字仿真实现的方法和仿真模型框图；

格点尺度对TRMM微波成像仪云水数据的影响

选取热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)液态水路径(liquid water path,LWP)轨道像元数据为研究对象,探讨了将瞬时探测以及逐月的像元数据进行格点化(0.1°、0.25°、0.5°、1.0°和2.5°五种格点分辨率)时,格点数据的失真情况。对TMI瞬时探测的个例分析结果表明,细分辨率(0.1°、0.25°和0.5°)格点能保留原始像元数据的细节;而随着网格变粗,细节受到较大的平滑。因此对于中尺度到天气尺度的天气系统分析而言,将卫星轨道数据处理到网格尺度不大于0.5°的格点更合适。对逐月LWP像元资料格点化处理的分析表明,细分辨率格点能保留LWP空间分布细节,尽管5种分辨率下LWP的概率密度分布(probability density function,PDF)均相近。因此,对月尺度及以上的气候分析研究而言,格点尺度大小对卫星像元数据格点化的影响不显著。最后利用本实验室计算的TMI/LWP格点数据与欧洲中期数值预报中心再分析资料(European Centre for Medium-range Weather Forecasts Interim reanalysis,ERA-Interim)和NCEP再分析资料(NCEP Climate Forecast System Reanalysis,NCEP CFSR)进行了对比,发现两种再分析资料都高估了LWP;TMI/LWP格点数据与两种再分析资料LWP的多年变化趋势大致相同。

基于FY-3C星微波成像仪毫米波通道的海面大风算法研究

对基于FY-3C星微波成像仪(MWRI)毫米波通道的海面大风算法进行了研究。根据在中国海域观测到的海面后向热辐射数据,认为联合多个毫米波通道分析方法可利于海面大风反演。对中低风速(0~15m/s)下D-矩阵算法进行修正,给出了适于MWRI的海面风速反演新模型。与浮标数据拟合结果表明:FY-3B,C星MWRI均方差(RMS)分别为1.24,1.18m/s。用带泡沫散射层的双尺度随机粗糙面的复合模型计算后向热发射。考虑各通道频率、灵敏度和定标精度等因素,用回归分析法分析了各通道热辐射特性随海面风速变化的不同响应特性,建立了适于FY-3C星MWRI的大风风速反演模型。中低风速模型和大风速模型反演的全球海面风速分布结果表明:中低风速精度标准差1.2m/s;反演大风数据和海岛固定浮标数据有一致性,模型的实际应用效果较好,可为我国沿海的大风监测和预警提供保障。

极轨气象卫星微波成像仪资料

第一个微波成像仪是1987年6月18日由美国空军防御气象卫星计划发射的极轨卫星F-8上搭载的专用微波成像仪。从那之后,空军防御气象卫星计划的一系列极轨卫星F-10/11/13/14/15被成功发射,并且均搭载了专用微波成像仪。

GPM微波成像仪资料同化对台风“麦德姆”路径预报的影响研究

基于中尺度数值模式WRF及其三维变分同化系统,自主构建了新的探测仪器GMI(Global Precipitation Measurement(GPM)Microwave Imager)的同化模块。本文以2014年太平洋台风季中台风“麦德姆”为例,实现了GMI资料在登陆台风中的有效应用。试验结果表明:晴空条件下GMI资料同化能够对模式背景场中的台风位置进行有效修正。与没有同化该资料的控制试验相比,同化GMI微波成像仪资料可以有效改进台风暖心结构的分析,同时使得台风涡旋环流结构增强,并进而提高了对台风路径的预报水平。

干涉式微波成像仪地面实验系统天线阵列设计

为提出二维干涉式微波成像仪的可行方案,通过地面实验,开展利用二维合成孔径技术直接成像的研究,验证部分相关和二维成像机理及算法,检验系统的空间分辨率和温度分辨率,具有重要的科学意义。本文对二维干涉式微波成像仪地面实验系统的天线阵列进行了稀疏孔径设计。设计目标是:考虑方案的物理可实现性,即平台应用中的工程技术约束条件,在能够得到同样的空间频域覆盖的情况下,采用尽量少的干涉天线单元。理论分析和数值模拟结果表明,设计后的天线阵列满足了地面实验系统工程设计要求;设计后,6单元阵列实现了零冗余,7单元阵列冗余度仅为9.1%;空间频域的采样点对空间频域覆盖的完备性良好,为有效地进行亮温图像反演提供了可靠的可见度函数。

校正热带测雨卫星轨道抬升对微波成像仪亮温的影响

热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)在2001年8月轨道高度从350 km升高至402 km,搭载于其上的微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)的入射角随之发生变化,进而使得相应探测结果(亮温)发生改变,从而导致由此反演的大气参数出现虚假的突变。为保证轨道抬升前后TMI亮温资料的连致性,以便更好地用于气候研究,本研究首先分析了洋面轨道抬升前后亮温的差异及变化原因,然后结合微波辐射传输模式,分析了不同环境参数对亮温变化的影响,在此基础上用线性变换的方式对轨道抬升后的亮温进行了修正,并从不同角度检验修正效果。结果表明,轨道抬升前后亮温呈线性关系,低频垂直极化通道亮温轨道抬升后升高了0.8-1.6 K,其他通道亮温变化不大。经过修正,轨道抬升前后的亮温趋于一致,月平均亮温偏差明显减小,低频垂直极化通道亮温在轨道抬升期间的突变被消除,亮温变得连续平稳,可用于气候研究。