1、第第4章章 气象卫星观测及其资料的接收和处理气象卫星观测及其资料的接收和处理4a 4a 气象卫星观测及其资料的接收和预处理气象卫星观测及其资料的接收和预处理第第4a章章 1 气象卫星观测气象卫星观测 卫星的空间扫描方式卫星的空间扫描方式(a)单个探测器线扫描单个探测器线扫描(b)多探测器扫描多探测器扫描卫星轨道方向卫星轨道方向垂直轨道方向(c)(d)(b)(a)(C)线性阵列探测器前推式扫描线性阵列探测器前推式扫描(d)圆锥扫描圆锥扫描412-hour Orbits(Nadir Position)FY-3ANOAA-186A Scanline of Cross-Track AMSU-A fro
2、m NOAA-18 Descending Node0544 UTC January 1,2010 1)瞬时视场瞬时视场IFOV -波束宽度波束宽度2)地面瞬时视场地面瞬时视场GIFOV =2h*tanIFOV/2h*IFOV -星下点分辨率星下点分辨率卫星卫星高度高度h h地面光学系统瞬时视瞬时视场场IFOVIFOV地面瞬时视场地面瞬时视场GIFOV1.1.空间分辨率空间分辨率卫星22022sinsin()RSShCOS3)卫星斜视时的地面分辨率卫星斜视时的地面分辨率1sin()sinRhR2 2、灰度分辨率或温度分辨率、灰度分辨率或温度分辨率 64级=26,256级=28,1024级=210
3、3 3、时间分辨率、时间分辨率 平均在一个象素上的凝视时间4 4、光谱分辨率：、光谱分辨率：通道的带宽5 5、空间、灰度、空间、灰度/温度、时间分辨率温度、时间分辨率之间的关系之间的关系 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。来自地球大气的辐射来自地球大气的辐射滤光片滤光片感应元件斩波器冷却剂初级镜初级镜次级镜旋转镜主轴45卫星前进方向第二节第二节 LEO星载观测仪器星载观测仪器Low Earth Orbit可见、红外自旋扫描可见、红外自旋扫描辐射仪（辐射仪（VISSR）扫描系统光学系统传感器信号处理和信号输出系统扫描镜扫描镜次级镜次级镜初初级级镜镜光导纤维光光见见倍倍增增
4、管管定标遮板补偿透镜滤光器第三节第三节 GEO卫卫星观测仪器星观测仪器(Geostationary Orbit)HgCaTe探测器探测器辐射致冷器第四节第四节 卫星资料的接收系统卫星资料的接收系统 一、卫星地面站功能分类一、卫星地面站功能分类1 1、接收气象卫星发送的实时观测资料、接收气象卫星发送的实时观测资料极轨高分辨率接收站极轨高分辨率接收站HRPTHRPT极轨低分辨率自动接收站极轨低分辨率自动接收站 APTAPT静止卫星直接接收站静止卫星直接接收站2 2、接收通讯卫星转发的气象卫星产品资料、接收通讯卫星转发的气象卫星产品资料 DVBS Digital Video Broadcasting
5、 System3 3、指令站、指令站4 4、接收极轨气象卫星发送的存储（延时）资料接收极轨气象卫星发送的存储（延时）资料 Image abroad Image abroad with FY-1D卫星资料处理系统卫星资料处理系统 原始数据：原始数据：地面卫星接收站接收到的是将不同观测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。数据称为原始数据。即即Level 0数据。数据。预处理：预处理：原始数据不能直接应用在业务中，还必须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
6、，并转变成易处进行数据分离、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做预处理。预处理以原始数据为主，附加定标换过程称做预处理。预处理以原始数据为主，附加定标和地球定位信息。预处理获得和地球定位信息。预处理获得Level 1数据数据.卫星产品的处理卫星产品的处理(获得获得Level 2 数据）数据）图象产品：图象产品：VIS，IR，WV 增强，云分析，海面温度图增强，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、数字产品：大气垂直温度探测、水汽、云矢风、臭氧、辐射等臭氧、辐射等时间平
7、均与空间平均时间平均与空间平均(获得获得Level 3 数据）数据）气候研究气候研究 预处理预处理（Level 0Level 1)：把卫星观测的原始：把卫星观测的原始探测值转换为辐射测值探测值转换为辐射测值,并具有地理位置标志（电压并具有地理位置标志（电压或电流计数值或电流计数值辐射量、地理定位）辐射量、地理定位）一级处理一级处理（Level 1Level 2)：根据物理原理或根据物理原理或生物特征，将辐射测值转换为要素参数生物特征，将辐射测值转换为要素参数(辐射值辐射值基基本气象要素）本气象要素）二级处理二级处理（Level 2Level 3)：基本气象要素：基本气象要素(参参数、图像数、图
8、像)格点分析场、统计量（彩色合成图、可格点分析场、统计量（彩色合成图、可视化）视化）（1）数据解调、数据流分离（按通道、按数）数据解调、数据流分离（按通道、按数据特征）据特征）（2）卫星资料定位数据）卫星资料定位数据 象素定位：每一扫描点的位置象素定位：每一扫描点的位置 经纬网格：图象加经纬网格经纬网格：图象加经纬网格 卫星资料场的各种投影变换卫星资料场的各种投影变换卫星资料预处理卫星资料预处理（3）卫星资料定标数据）卫星资料定标数据目的：目的：得到卫星计数值与物理量的转换关系。得到卫星计数值与物理量的转换关系。Ri=Si Ci+Ii 可见光可见光 Ei=Si Ci+Ii 红外、微波红外、微波
9、 式中式中 Si、Ii为定标系数，为定标系数，i通道号通道号 Ci 是卫星观测值，是卫星观测值，Ri是定标后反射辐射卫星遥感值，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。是定标后红外辐射卫星遥感值。参考源：参考源：仪器内部黑体仪器内部黑体(for IR&MW bands)；高反射率的沙漠高反射率的沙漠(for VIS band)；宇宙空间宇宙空间(for both)标定方法：标定方法：制作定标曲线。制作定标曲线。实验室定标、在轨定标。实验室定标、在轨定标。（4）日日Ec=E（日日）/cos（日日）for VIS channels（5）TBc=TB()+TB()for IR c
10、hannel日日日日）（）（）cos()(sssTBrL（6）卫星资料的质量控制）卫星资料的质量控制（7）卫星数据库的建立）卫星数据库的建立 数据库的设计和结构应考虑：全球还是区域；数据库的设计和结构应考虑：全球还是区域；通道选择；分辨率通道选择；分辨率,精度；存储方式等。精度；存储方式等。（8）极轨卫星三轨拼图显示）极轨卫星三轨拼图显示第五节第五节 地面接收卫星资料范围的确定地面接收卫星资料范围的确定Latitude and Longitude of a Sub-satellite Pointi=orbit inclination anglet=time after ascending no
11、dee=angular speed of the earth rotation=1/240 deg/secs=angular speed of satellite s a a NP(s,s)et-)t)/cos(arccos(cos-=t)sin(sin=sin essasssii i Arc from Sub-satellite Point to Ground StationP(s,s)coscoscos+sinsin=cosCgsgsN C G(g,g)s g =s-g Note:C=0 when satellite is over head.1.1.大圆大圆:过球心的平面截球所得截线；过
12、球心的平面截球所得截线；2.2.大圆弧大圆弧:大圆上的一部分；大圆上的一部分；3.3.大圆弧长大圆弧长C:C:用其圆心角表示；用其圆心角表示；Azimuth and Elevation of the SatelliteP(s,s)N C G(g,g)s g)/sinC-(cosC=tan/sinCsin cos=sinH+RRs C G P S O What Happen If CCmax?G P S L O S G P Cmax =0H)+R/(R=cosCmaxC O When CCmax,0 and satellite is under horizon.Thus,Cmax is the
13、maximum range that G obtains data from.The Maximum Range That a Ground Station Obtains Data FromCmax=28.2for H=860km.方位方位-仰角仰角-大圆盘大圆盘Disk showing the relationship among azimuth-elevation-arcAzimuth and Elevation for Geostationary Satellite Since s=0,)/sinC35800+RR-(cosC=tan/sinCsin=sin)cosarccos(cos=Cg 象素定位象素定位卫星扫描天底角m对应的地心角m可由SEO正弦定理解出:Nm=m-0 P（0，0）赤 道轨道方向北极球sinsin(180)mmmRR h三角EN00sinsinsinmmmconconconNEP，PE=m NE=90-m NPE=00(90)(90)sin(90)sinmmmconconconcon100sin(sinsin)mmmconconconsin(90)sinsinsinmmm sinsinsinmmmcon1sinsinsin()sinmmm0mm m+m=sin-1(R+h)/Rsinm
