《卫星的观测及其资料的接收和预处理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《卫星的观测及其资料的接收和预处理.ppt（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第四章 卫星的观测及其资料的接收和预处理,4.1 气象卫星观测,一、卫星观测仪器,卫星的空间扫描方式,1、响应度和光谱响应函数 响应度：是指每单位输入功率的探测器的输出大小，即为输出信号电压与入射功率之比。 E是辐照度，Ad是探测器面积。 卫星在一定波长间隔内进行测量时，其响应度会随着波长的变化而变化，这种随波长变化的辐射响应称之为光谱响应函数。,二、卫星仪器的技术参数,2、信噪比 信号与噪声之比，定义为 式中E（）是入射至接收孔径处的光谱辐照度；NEI（）是等效噪声照度。,3、等效噪声功率NEP 是指探测器产生的信噪比为1所需的辐射功率，或是投射到探测器上的辐射，使仪器产生的均方根电压等于
2、探测器本身均方根噪声电压的辐射功率，即 或是 式中Vn是探测器输出噪声电压的均方根值，它表示了信号与噪声的关系，当NEP1，表示信号大于噪声。,4、等效噪声温度差NET 是指目标物温度的改变而引起投射到探测器的辐射功率的改变化正好等于等效噪声功率的温度差。或是目标物温度的改变引起的响应正好等于探测器输出端的均方根噪声电压。 5、探测度D和探测灵敏度D 探测度表示每瓦辐射功率所能获得的均方根信号噪声电压比，它是NEP的倒数。 探测灵敏度表示单位面积为1cm2，带宽为1GHZ时的探测度，即,三、卫星探测的分辨率,卫星能区分两个相临物体的能力。表征卫星探测分辨率的参数有三个：空间分辨率、灰度分辨率和
3、时间分辨率。 1、空间分辨率 指卫星在某一时刻观测地球的最小面积。 从卫星到观测地表面积之间构成的空间立体角称做瞬时视场，卫星的瞬时视场决定了卫星的空间分辨率。 像素：卫星从某时刻到观测到的辐射就是与瞬时视场相应的地表小块面积内所有物体反射或发射的辐射的总合，这小块面积称做像素。像素是构成云图的最小单位。,1) 瞬时视场IFOV（空间立体角） - 波束宽度 2) 地面瞬时视场GIFOV =2h*tanIFOV/2 h*IFOV - 星下点分辨率,卫星高度h,地面,光学系统,瞬时视场IFOV,地面瞬时视场GIFOV,1.空间分辨率,卫星,卫星在某一时刻观测地球的最小面积。,3)卫星斜视时的地面分
4、辨率,2、灰度分辨率或温度分辨率 在红外云图或可见光云图上，如果相邻两个邻接瞬时视场的反照率或温度相同，其色调也相同，这就会无法区分它们。但是是当这两个瞬时视场内目标物的温度或反照率有差异，并达到一定数值时，这两个视场就能被分辨，这个能被分辨的最小温度差或反照率差值称为灰度分辨率或温度分辨率。 64级=26, 256级=28, 1024级=210,3、时间分辨率 指卫星对同一地区观测的时间间隔，与卫星的扫描速率、扫描区域和选用的卫星轨道有关。在卫星云图上指，平均在一个象素上的凝视时间。 4、空间、灰度/温度、时间分辨率之间的关系 空间分辨率、灰度/温度分辨率、时间分辨率三者是相互制约的。,目的
5、：为卫星观测值的定量计算提供参考标准。 参考源：仪器内部黑体(for IR & MW bands)； 高反射率的沙漠(for VIS band)； 宇宙空间(for both) 标定方法：制作定标曲线。 实验室定标、在轨定标。,卫星探测仪器的标定,1、红外校正 建立电压与灰度之间的关系 为方便电压与灰度之间一般取线性关系 C=a1+a2V 式中a1，a2是回归系数，由最小二乘法确定，C，V分别是测得的灰度和电压。 建立电压与辐射量之间的关系 如果响应仪器内的暖黑体参考源和宇宙空间的灰度分别为Csh，CsP，电压为Vsh，VsP，Te和L（Te）是暖黑体的温度和辐射率，则对辐射R的电压为,（2）
6、,（1）,式中,其中是比辐射率，（）是仪器响应函数，G=（Vsh-Vsp）/L（Te）。 建立辐射与灰度之间的关系 根据（1），（2）得：,辐射与温度之间的关系由普郎克公式确定。,（3）,VISSR仪器灰度、温度、电压、能量之间的转换关系,VISSR定标曲线,2、可见光校正,建立灰度与电压之间的关系 在可见光区，灰度与电压的平方根成正比，即 1，2由最小二乘法确定 建立反照率与电压之间的关系 若Csp，Csun是卫星观测宇宙空间和太阳时的灰度，对应的电压为 Vsp，Vsun，由于仪器设计时只允许50%的反射太阳辐射进入卫星仪器，故反照率与电压的关系为 V=0.5（ Vsun- Vsp）A+ V
7、sp （5） 式中A是反照率。,（4）,建立反照率与灰度之间的关系 由（4），（5）式消去V得,VSSR可见光通道电压、灰度、反照率间的关系曲线，显然灰度与电压之间呈二次曲线关系。,VSSR可见光定标曲线,第二节 极轨卫星观测仪器,一、改进的甚高分辨率辐射计（AVHRR）,二、高分辨率红外探测器（HIRS）,三、微波探测单元（MSU）,四、改进的微波探测单元（AMSU）,五、SSM/T、 SSM/T2、 SSM/I和MIMR微波成像仪,六、平流层探测单元（SSU） 安装在NIMBUS-6上，探测25-50Km的温度，三通道。 七、太阳后向散射紫外辐射计（SBUV/2） SBUV/2由两个仪器组
8、成：单色仪和云量辐射计分别用于测量紫外太阳辐照度和云量。 目的：通过测量紫外谱段的后向紫外辐射估算臭氧分布。 安装在TIROS-N和NOAA-9、11上，由总臭氧含量成像光谱仪（ TOMS）和太阳后向散射紫外辐射计（ SBUV/1）发展而来。,安装在TIROS-N/NOAA系列卫星上。仪器有非扫描型ERBE和扫描型ERBE。 探测器是热敏电阻测热辐射计。通过测量因吸收辐射而增暖目标物的温度达到测量辐射的目的。,八、地球辐射收支仪（ERBE）,九、中分辨率图象光谱仪（MODIS）,一、可见、红外自旋扫描辐射仪（VISSR）,第三节 静止卫星观测仪器,HgCaTe探测器,辐射致冷器,地球静止卫星观
9、测,扫描方向（东）,可见光红外自旋辐射计（VISSR）扫描和视场配置,VIS：1000，13376，1.25km IR：2500，6688， 5km,VISSR观测种类及资料处理 1、观测方式 （1）定时观测：30分钟；1小时；3小时 （2）连续观测 （3）特殊观测 2、扫描方式 （1）全帧扫描 （2）可变帧扫描 （3）单线变帧扫描 （4）快速正扫描 3、静止卫星资料的一次处理 （1）一次处理内容：编制各种文件；对VISSR校正；进行图象变换、图象参数。 （2）图象预处理：消除畸变、加网格、坐标变换；亮度或灰度变换。,二、多光谱自旋扫描仪 风云-2号上安装的仪器。VIS，IR，WV。 三、 V
10、ISSR大气探测器(VISSR/VAS) 安装在GOES47上探测地表40hpa大气参数。 四、GOES I-M图象仪 类似AVHRR，5个VIS通道，4个IR通道。 五、GOES I-M探测仪 类似HIRS/2，19个通道，探测地表、水汽、温度。,一、卫星资料的发送和接收 1、卫星资料的发送 （1）观测资料实时发送 （2）观测资料存储发送(极轨卫星） 2、卫星资料的接收 卫星地面接收站有两种： 一是指令接收站 二是图片接收站，分为高分 辨率接收站HRPT和低分辨率自动接收站 APT,第四节 卫星资料的接收系统,Image abroad with FY-1D,PC-Based卫星资料接收系统,
11、HRPT Receiving and Processing System,Antenna Driver and Controller,RS-232,LNA,Dome,Down-converter,Receiver/ Interface,Computer,GEO Sat MDUS hardware,卫星资料处理系统 原始数据：地面卫星接收站接收到的是将不同观测通道的数据，按照一定格式复合成的比特数据流，这种数据称为原始数据。 即Level 0数据。 预处理：原始数据不能直接应用在业务中，还必须进行数据分离、质量检测、定标、定位，并转变成易处理和使用的格式，这种从原始数据到直接可以使用的转换过程称
12、做预处理。预处理以原始数据为主，附加定标和地球定位信息。预处理获得Level 1数据.,预处理（Level 0Level 1)：把卫星观测的原始探测值转换为辐射测值,并具有地理位置标志（电压或电流计数值辐射量、地理定位） 一级处理（Level 1Level 2) ： 根据物理原理或生物特征，将辐射测值转换为要素参数(辐射值基本气象要素） 二级处理（Level 2Level 3) ：基本气象要素(参数、图像)格点分析场、统计量（彩色合成图、可视化）,卫星产品的处理(获得Level 2 数据） 图象产品：VIS，IR，WV 增强，云分析，海面温度图 数字产品：大气垂直温度探测、水汽、云矢风、臭氧、
13、辐射等 时间平均与空间平均(获得Level 3 数据） 气候研究,1. 数据量 卫星数据量=扫描线数x每条线包含的象数点x比特数 AVHRR数据量：2048（每条扫描线采样点）x 10（比特）x5（5通道）x 6（360转/分，6转/秒，即6条扫描线） x 60 x 100 （卫星轨道周期）=368640000比特 VISSR（IR）数据量：2291（每条扫描线采样点）x8（比特）+16（标记比特数）x 3（3通道）x 2500（扫描线）=137580000比特 VISSR（VIS ）数据量：9164（为红外的4倍）x 6（比特）+（标记比特数）x10000（扫描线）= 54996000比特
14、2. 数据格式（Hierarchical Data Format -HDF）,（1）数据解调、数据流分离（按通道、按数据特征） （2）卫星资料定位数据 象素定位：每一扫描点的位置 经纬网格：图象加经纬网格 卫星资料场的各种投影变换,卫星资料预处理过程,（3）卫星资料定标数据 Ri=Si Ci+Ii 可见光 Ei=Si Ci+Ii 红外 式中 Si、Ii为定标系数， i通道号 Ci 是卫星观测值， Ri是定标后反射辐射卫星遥感值， Ei是定标后红外辐射卫星遥感值。,（4）卫星资料的格式变换 （5）卫星资料的质量控制 （6）卫星资料数据集的建立 数据库的设计和结构应考虑：全球还是区域； 通道选择；分辨率, 精度；存储方式等。 （7）极轨卫星三轨拼图显示,第五节 卫星轨道报的应用,全球星下点分区,http:/www.ssec.wisc.edu/datacenter/NOAA17/GLOBAL2008_10_15_289.gif,http:/www.ssec.wisc.edu/datacenter/FENGYUN1D/GLOBAL2008_10_16_290.gif,
