电晕辐射成像仪测试平台研制及性能测试方法研究

电晕辐射成像仪在电力等领域已得到广泛应用,为了实现对电晕放电等缺陷故障的精确定位检测,建立了核心性能统一、科学可靠的测试平台和测试方法。首先,对传统的电晕辐射成像仪高温黑体灵敏度测量法进行了关键性改进,提出了一种新的基于标准日盲紫外光源和平行光管的测量方法,通过光源、积分球及控制系统来实现光学成像测试、紫外灵敏度测试和带外抑制性测试。最后,基于新方法研制了一套全新的电晕辐射成像仪光学成像性能、紫外灵敏度及带外抑制性能测试平台。研究结果表明:所提出的测试方法和搭建的测试平台更易评估电晕辐射成像仪性能的真实情况,满足电晕辐射成像仪实际测试的需求。

风云四号气象卫星辐射成像仪在轨温度环境适应性

风云四号是地球静止三轴稳定平台气象卫星,装载其上的辐射成像仪受剧烈的外热流日周期和年周期变化的影响,扫描机构和主光学系统等关键部件的温度每天波动可达40℃以上.光学及支撑结构如何适应剧烈的环境温度变化,并保证良好的像质,是地球静止三轴稳定平台遥感仪器系统设计的国际性难题.多种特性材料的匹配性设计以及适当支撑结构形式的采用,是避免和减少因温度大幅波动引起的光机变形及成像质量下降的良好策略.在轨数据表明,辐射成像仪克服了昼夜温差大的不利影响,敏感恒星时的弥散斑几乎仅覆盖一个像素,而且正午和子夜结果差别不大.

风云四号辐射成像仪及其数据在卫星气象中的应用

人类社会的发展与气象观测密不可分,通过气象卫星观测气象是气象预报的重要手段。气象卫星主要分为极轨气象卫星和静止气象卫星两类。辐射成像仪一般是各类气象卫星的核心载荷,用于获取目标不同光谱波段的辐射数据。卫星气象是指对气象卫星获取的辐射数据进行分析处理,利用分析结果进行气象和气候预报。本文重点介绍了中国最新研制发射的第二代地球静止气象卫星——风云四号辐射成像仪的性能和技术特点,并介绍了辐射成像仪数据产品在卫星气象中的应用。

全极化微波辐射成像仪WindSat海面风矢量反演简化正向模型

WindSat是世界上第1个星载全极化微波辐射成像仪,其海面风矢量的反演基于较复杂的双尺度海面辐射正向模型以及非线性优化算法。1个简单而足够准确的正向模型将可提供快速的反演算法。本文利用WindSat提供的Stokes参数以及同步的QuikScat海面风矢量、TMI海表温度/大气水汽总量/液态水总量构成的数据集,建立了WindSat的简化正向模型。其中,垂直/水平极化亮温风速模型基于改进的Wentz模型,Stokes3/4参数风向模型基于统计回归方法。简化正向模型模拟结果与WindSat观测数据比较,以10.7GHz为例,4个Stokes参数的均方根误差分别为0.52、0.42、0.34、0.22K。

基于FY-3C微波辐射成像仪海表温度产品的偏差订正方法研究

提出一种针对FY-3C搭载的微波辐射成像仪(MWRI)海表温度产品的分段回归偏差订正方法,该方法通过引进气候态海表温度数据,建立与关联实测海表温度相匹配的回归模型,并通过对模型中关联变量的误差分析,选择最优样本进行分段回归,以实现对海表温度数据的重新估计。通过对MWRI海表温度数据的偏差订正试验表明,采用分段回归方法获得的订正结果无论在误差指标的空间分布还是时间序列上,都要明显优于采用传统概率密度函数偏差订正方法的结果。其中,采用概率密度函数方法订正后的海表温度产品误差标准差和均方根误差从订正前的0.9—1.0℃,减小到0.8℃左右,而采用分段回归方法获得相应的订正误差仅为0.6℃左右,订正效果有明显改善。

基于Sigmoid曲线的微波成像仪数据的定位评估与修正

风云三号第三颗卫星(FY-3C)上装载的微波辐射成像仪(MWRI)为我们提供了地表层和大气层的重要信息.自从风云三号卫星发射以来,业务上MWRI的定位精度还存在像素级别的误差.本文中在原有的海岸线拐点法的基础上,提出使用Sigmoid曲线来进行定位估计.实验结果表明提出方法与原有方法相比能定位更加准确的海岸线点.此外,我们还将获得的海岸线点与真值点相比来计算定位误差,从而调整卫星姿态.

干涉式被动微波成像仪二维频谱特征及误差分析

干涉式被动微波成像仪(干涉式综合孔径微波辐射计)利用不同距离的干涉天线对形成的基线对视场范围内亮温分布的空间频谱进行采样,进而反演得到亮温图像。首先介绍了干涉式被动微波成像仪的基本工作原理,在此基础上分析了空间图像的二维频谱特征,并能利用这些特征从采样频谱中初步分析出原始亮温中的某些特殊分布,证实了在反演亮温存在明显振荡的情况下,可以从振荡方向判断存在误差的基线的大致位置。还分析了成像仪的天线位置误差、信道的幅度和相位误差以及天线方向图误差对反演亮温的影响及特点。这些分析将为从反演图像判断干涉式被动微波成像仪误差类型和来源提供重要的判别依据,并为后续的反演图像增强算法的设计提供重要的参考。

A cloud optical and microphysical property product for the advanced geosynchronous radiation imager onboard China's Fengyun-4 satellites: The first version

风云四号作为中国新一代静止气象卫星,提供了高时空分辨率的监测产品。本文介绍风云四号搭载的先进地球同步轨道辐射成像仪AGRI的云光学和微物理特性产品.该产品包含了基于双光谱通道反演的云光学厚度和云粒子有效半径产品,以及基于机器学习的云识别和云相态产品。与时空匹配的主动卫星观测结果对比显示,该产品的云识别和云相态的准确率分别在95%和85%;该产品提供的云光学厚度和云有效粒径与经典的MODIS产品的相关系数达到0.76和0.63.团队将持续优化和更新该云光学和微物理特性定量产品,服务风云四号卫星定量应用。

FY-4卫星应用和发展

介绍了我国新一代静止气象卫星风云四号(FY-4)卫星应用及其发展。给出了FY-4卫星装载的先进静止轨道辐射成像仪、静止轨道干涉式红外探测仪、闪电成像仪和空间环境监测仪4种主要观测仪器,以及卫星的观测能力和提供的定量化产品,并与我国现有的业务卫星风云二号(FY-2)卫星和国际同期在轨静止气象卫星性能进行了比较。FY-4光学卫星系列与美国GOES-R、日本Himawari-8/9卫星和欧洲MTG卫星性能相似,属于与国际同期发展的先进静止气象卫星。给出了FY-4A星获得的图像和数据。列出了FY-4A星的基本定量产品,给出了使用的仪器、数据特性、物理意义,以及应用领域、方法和范例。描述FY-4卫星提供的定量化产品及其在数值天气预报、气候、生态环境、专业气象服务、人工影响天气、空间天气监测预警等领域的应用,并介绍了FY-4A星在轨测试期间的部分应用。对FY-4后续业务卫星发展进行了展望。

FY-4A白天对流风暴和闪电产品在华北强雷暴天气分析中的应用

我国第二代静止气象卫星FY-4A观测能力较之前有明显提升,在天气特别是对流性天气监测和预测中具有较强的应用潜力。利用FY-4A气象卫星多通道扫描辐射成像仪(Advanced Geosynchronous Radiation Imager,AGRI)和闪电成像仪(Lightning Mapping Imager,LMI)数据开展研究,分析了反演产品在强雷暴天气中的应用。研究表明,扫描辐射成像仪多通道组合白天对流风暴红-绿-蓝(red-green-blue,RGB)合成产品可以突出具有强上升气流的对流性雷暴云,较单通道及多通道可见光合成产品具有监测优势;闪电成像仪产品较地面闪电探测闪电产品能够探测到更多的闪电,对新生对流和较弱对流产生的闪电监测具有优势;在华北和黄淮一次强雷暴天气过程中,白天对流风暴RGB合成产品能够监测云系发展的过程,卫星监测闪电活动频数和冰雹活动一致性较好。

基于FY4A⁃AGRI反演东北地区云顶高度

云对全球的能量收支及大气循环系统具有不可替代的调节作用,是影响天气及气候变化的重要因子。云顶高度作为云的重要参数,有助于分析云在大气中的物理机制,对局部地区监测和预报具有实质性作用。基于多通道扫描辐射成像仪(AGRI)数据反演东北地区云顶高度,采用红外分裂窗查算表方法,并对不同季节和不同云类型建立查算表,探讨基于静止卫星反演中高纬度地区云顶高度的可行性。同时,引入主动式高精度仪器正交偏振云-气溶胶偏振雷达(CALIOP),结合11、12μm通道亮温数据搭建云顶高度反演模型。分析结果表明:1)AGRI遥感的云顶高度与CALIPSO搭载的CALIOP云顶高度变化趋势一致,算法计算效率较高;2)从4个季节的统计结果来看,均方根误差(RMSE)上都小于2.3 km,平均偏差在500 m左右,受季节的影响较小,反演结果与CALIOP探测结果具有较高的一致性;3)利用该方法基于AGRI结果精度不亚于官方采用的CO_(2)薄片法,该方法估算的RMSE和相对误差较小,并且该算法的反演模型只提取红外分裂窗区通道数据,无需大气廓线资料进行辅助计算,节省计算资源,提高计算效率。