利用MODIS资料模拟计算水云大气红外辐射特性

利用MODIS二级云产品和大气产品资料,采用通用大气辐射传输软件模拟计算了水云存在的情况下8.55μm、11.03μm和12.02μm波段水云大气顶亮温,并对三波段的MODIS云顶观测亮温和模拟计算的亮温进行了对比分析.结果表明:利用MODIS卫星观测云参量、大气参量和空间几何参量,结合通用大气辐射传输软件模拟计算的亮温和MODIS云顶亮温分布基本一致,亮温差较小,主要分布在-10K^10K附近.模拟计算的三个通道亮温差BTD(8.55~11.03μm)和BTD(11.03~12.02μm)的变化符合水云的情况.

从空间探测闪电的综述

从空间探测闪电 30多年的历史看 ,一些卫星闪电遥感仪器已提供了许多极有价值的资料 ,例如 ,闪电全球范围内发生的频率 ,其随纬度和季节的变化以及日变化 ,超级闪电的发生等等。这些资料在雷电灾害预警预防、强对流天气监测、某些军事目标的识别等业务和科研工作中得到了应用。本文是关于空间探测闪电的一个综述 ,主要介绍过去 35a一些星载闪电光学探测器 ,并给出由这些仪器观测资料分析所得到的一些重要结果。最后 ,对发展中国星载闪电探测器提出几点建议。

低轨星载光学测量确定静止卫星轨道的方法

为了研究低地球轨道(LEO)卫星对地球静止轨道(GEO)卫星的跟踪定轨能力,文章提出利用LEO星载光学测量技术对GEO卫星进行轨道确定。文章充分考虑光学可视条件与星载相机的观测区域,对LEO卫星跟踪GEO卫星的空间环境以及测量模式进行模拟。利用模拟得到的测角数据采用数值方法对GEO卫星进行定轨并与参考轨道进行重叠对比。通过仿真算例对单圈及多圈跟踪情况下GEO目标定轨精度进行分析,结果表明,在平台轨道误差3m、测量精度5"情况下,随着观测圈数的叠加,GEO卫星的轨道确定精度可由500m量级提升至百米量级。若提升平台精度和测量精度,则轨道确定性可进一步提高。

纳卫星激光反射器光机设计及激光测距分析

针对我国首个大气密度探测纳卫星高精度测轨应用需求,设计了重量约112g、有效反射面积大于1cm2、外形尺寸为Φ96mm×20mm的轻型八棱台结构被动型激光反射器,作为无功耗载荷应用于纳卫星激光精密测轨,解决了纳卫星高精度独立测轨和外部轨道精确标定问题。利用地面激光测距台站开展卫星跟踪和精密测量,提供亚厘米级精度的激光测量数据。根据激光雷达测距方程及地面测距系统参数,分析了纳卫星激光回波信号强度,以及激光观测数据精度。测量结果表明,纳卫星激光反射器设计结果与实测数据相符,测距数据精度达8~9mm,可以满足纳卫星高精度激光测距要求,并支持卫星精密定轨及大气密度探测科学任务。

基于虚拟测距的单星光学监测空间目标定轨方法

基于单颗天基卫星的光学监测数据在轨道改进时的可观测性差,迭代难以收敛,甚至法方程病态,造成大批量空间目标编目定轨失败。本文分析了仅利用单星光学监测确定空间目标轨道的特点和难点,针对基于天基监测的定轨亏秩问题和单星光学监测定轨的可观测度进行了研究。基于先验轨道信息建立了虚拟测距模型,提出了一种利用虚拟测距和天基测角数据联合的轨道改进方法,提高了利用单颗天基卫星的光学监测数据定轨系统的可观测性。采用我国首颗天基监测试验卫星2015年某40天内监测到的400多个目标的实测数据进行验证,添加虚拟测距后,定轨成功率由原来小于10%提高到90%以上,同时提高了轨道确定精度。

中高层大气研究的空间探测

中高层大气研究对于深入理解全球变化和日地关系十分重要,也为有关航天与临近空间飞行的环境保障提供基础。中高层大气研究的目的是要深入了解其中发生的主要过程及其耦合,并发展各种模式。在现代中高层大气研究中,地基、高空飞机、高空气球、火箭和空间观测提供了动力、热力和化学成分结构与变化的资料,其中空间观测起到至关重要的作用。将对用于中高层大气研究的卫星任务和传感器载荷进行综述,同时列举一些中高层大气空间观测的科学结果。

小倾角LEO多星天基平台光学跟踪GEO精密定轨

针对地基卫星测控系统(TrackingTelemetryandCommand,TT&C)系统对地球静止轨道(Geostationary EarthOrbit,GEO)卫星在空间和时间覆盖上的局限性,提出小倾角低地球轨道(LowEarthOrbit,LEO)多星组网天基平台对GEO卫星进行跟踪定轨的方法.根据空间环境和光学可视条件对仿真数据进行筛选以模拟真实的观测场景,利用光学测角数据,使用数值方法对GEO卫星的轨道进行确定.结果与参考轨道进行重叠对比,在平台轨道精度5 m、测量精度5′′、定轨弧长12 h的情况下,两颗LEO卫星对GEO卫星进行跟踪定轨的精度可达到千米量级,4颗LEO卫星对GEO目标进行跟踪定轨的精度可达到百米量级.随着LEO组网卫星数量的增加,定轨精度得到了较大的提高.

海上机动目标的天基观测体系的观测预判算法

为了适应海上机动目标的天基观测所具有的时间敏感性、不完全信息和复杂环境等三大特征,并克服这些特征给观测造成的困难,提出了一种天基观测体系来观测海上机动目标.在天基观测体系中,先由观测范围大的电子侦察卫星确认目标是否存在,再由观测精度高的光学成像卫星对目标查证识别,从而完成观测任务.设计了一种光学成像卫星观测可行性预判算法,天基观测体系可以根据此算法提前判断光学成像卫星能否直接观测目标或者能否通过侧摆来扩大观测范围进而观测到目标,并预估目标被光学成像卫星观测的具体时刻.若确定光学成像卫星侧摆后能够观测到目标则令其侧摆,既能增加体系完成观测任务的机会,又能避免频繁侧摆对卫星造成不利影响.天基观测体系的预判依赖于一种针对海上机动目标的位置预测算法,该算法采用最小二乘法对电子侦察卫星采集到的目标时空轨迹数据进行空间直线拟合,以拟合直线作为目标的预测航迹,结合目标的预测速度推理目标在未来时刻的位置坐标.采用基于Agent的建模与仿真方法在体系效能分析仿真平台上对天基观测体系进行了建模仿真,考察了体系和相关算法应对沿不同航迹行动的目标效果.仿真结果显示,观测预判算法能够使天基观测体系完成观测任务的次数至少增加200%,且算法准确率、精度和召回率都在95%以上.

天基光学平台下弹头与气球诱饵中段观测运动差异分析

为了解决弹道导弹在中段释放气球诱饵伴飞,以干扰天基光学防御系统对导弹目标进行精确跟踪识别的问题,基于弹头和气球诱饵质阻比的差异,利用美国NRLMSISE-00(Naval Research Laboratory Mass Spectrometer and Incoherent Scatter radar Exosphere,海军研究实验室质谱仪和非相干散射雷达大气经验性模型)对气球诱饵进行相应动力学分析,得出气球诱饵在弹道中段的大气阻力模型。然后给出了J2摄动下,气球诱饵经过阻力修正后较精确的中段运动模型,并将结论引入到天基光学平台中,进行观测仿真实验。结果表明,在200km以上的高空,大气阻力对于弹头和气球诱饵的影响微弱,可忽略不计,在观测像平面中表现为一块难以区分的亮斑;而在100~200km高度范围内,气球诱饵受大气阻力影响剧烈,在观测像平面内的运动与弹头存在较大差别,具有较强的可区分性。

气溶胶组分反演方法光学辐射产品精度的综合分析

基于2005–2013年POLDER-3多角度偏振观测资料,通过最新开发的可以实现气溶胶光学特性及组分信息同时反演的气溶胶组分卫星反演方法获得全球气溶胶综合产品,并利用AERONET (Aerosol Robotic Network)全球站点观测资料对反演获得的气溶胶光学辐射特性产品进行了综合评价分析,讨论了气溶胶组分反演方法的适用性和先进性。结果表明,气溶胶组分反演方法应用于多角度偏振观测中,不仅可以获得高精度的多个波段气溶胶光学厚度(AOD)产品,还可以获得多个波段吸收性气溶胶光学厚度(AAOD)以及不同波段组合下(440/670 nm, 670/870 nm,870/1020 nm, 440/1020 nm)?ngstr?m指数(AE)等气溶胶光学辐射特性产品,并且这些气溶胶光学特性反演产品都具有较小偏差,表明气溶胶组分反演方法能够更好地对观测数据实现拟合,获得更丰富更精确的气溶胶卫星反演产品,为进一步优化算法并提供更加精确的卫星产品奠定基础。

基于多源信息的大气环境光学特性研究方法

综合利用地面气象观测、卫星遥感、再分析资料等多渠道气象信息,获取较高时间分辨率、空间分辨率、和更大地区范围的大气参数。结果应用于光学探测工作地点和时机选择,大气红外传输特性区域分布特性研究,云的光学参数提取和云背景亮度仿真,有助于全方位研究大气环境光学特征。

基于蒙特卡罗方法的卫星光学波段闪电辐射观测模拟

我国下一代静止气象卫星风云四号将首次搭载光学闪电成像仪上天,对闪电和与之相联系的强对流天气进行实时、连续观测。对未来风云四号卫星闪电观测资料的特性进行预先研究,一个重要的途径就是建立光学波段的闪电辐射传输模拟算法,对闪电辐射的物理过程及卫星观测到的闪电辐射光学特征进行模拟研究。结合风云四号卫星闪电成像仪观测的几何和波长参数,在构建简化的闪电光源模型和雷暴云模型的基础上,利用蒙特卡罗随机模拟和光子追踪方法,模拟得到了风云四号卫星闪电成像仪观测到的云顶闪电信号,并对其辐射特征进行了初步研究。结果表明,基于蒙特卡罗方法的闪电辐射传输模拟,可以从理论上揭示卫星光学波段闪电辐射观测与最重要影响参数之间的联系,这将为未来星载闪电资料的应用提供非常有价值的信息。

基于场地自动化观测技术的遥感器在轨辐射定标试验与分析

采用自动化场地辐射计（ATR）测量地表反射,结合CE318型太阳光度计获得的大气参数和漫总比辐照度仪获得的漫总比数据,计算出卫星过顶时刻的高光谱地表反射率。基于反射率基法对中分辨率成像光谱仪（MODIS）/Aqua和MODIS/Terra的可见光至近红外波段1~7开展了场地自动化观测绝对辐射定标试验。结果表明,利用场地自动化观测定标方法获取的表观辐亮度与MODIS/Aqua、MODIS/Terra星上获取的表观（TOA）辐亮度的相对偏差不大于4%。这说明场地自动化观测定标方法与人工定标方法具有同等水平的定标精度,验证了场地自动化观测定标方法的可行性。

基于查找表的塔基平台O2-A波段大气校正方法研究

塔基光谱观测是连接通量站点与卫星遥感数据间的重要桥梁,而水平地表与塔基平台之间大气吸收、散射的作用对O2-A等大气吸收波段的影响难以忽略。首先,分析了大气辐射传输对塔基平台上下行辐射的影响,建立了基于上下行透过率的大气校正方法,即通过直射光透光率和总的透过率校正上下行辐射的影响。其次,利用中分辨率大气传输模型的模拟数据,定量分析了550nm气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth at 550nm,AOD550)、辐射传输路径长度对大气透过率的影响,并建立了基于近红外与红光波段下行辐照度比值和太阳天顶角的AOD550查找表(Look-up Table,LUT),以及基于AOD550和辐射传输路径长度的上下行大气透过率LUT。最后,利用塔基平台观测的不同生育期玉米冠层光谱数据,分析了大气校正前后O2-A波段吸收线内外表观反射率的差异。结果表明:基于AOD550和辐射传输路径长度的LUT大气校正方法,可以较好地校正塔基平台O2-A吸收波段大气上下行辐射传输的影响,为塔基平台的日光诱导叶绿素荧光观测等应用提供了重要方法支持。