星载微波辐射计通道分辨率匹配技术及其在FY-3卫星MWRI中的应用

基于仿真模型对圆锥扫描星载微波成像仪不同频率和极化二维天线方向图地面足迹的模拟,对FY-3卫星微波成像仪(MWRI)原始观测轨道亮温数据,用Backus-Gilbert(BG)分辨率匹配算法分别对分辨率降低(高频通道匹配到低频通道)和分辨率增强(低分辨率匹配到高分辨率)进行了实验分析。结果表明:分辨率降低匹配处理能较好地模拟实际仪器观测,且不另引入噪声,可在MWRI通道分辨率匹配中实际应用;分辨率增强匹配可明显提高低频图像分辨率,但会一定程度引入噪声,实际应用中应考虑在分辨率增强与噪声间进行折中处理,在增强分辨率的同时,使引入的噪声在可接受范围内。     

基于BG算法的微波成像仪图像重建技术研究

基于用FY-3气象卫星微波成像仪(MWRI)的有效视场(EFOV),用BG算法对MWRI的空间分辨率重构进行了研究。给出了重建原理,引入折中参数控制分辨率与噪声的比例。对MERI的10.65GHz V通道进行了分辨率重构,在有效扫描角±45°区域内使用重构采样算法,确定重采样分辨率60km、折中参数为1×10-6,并获得了此条件下各探测通道最优重构分辨率及重构后的性能指标。结果表明:MWRI统一探测分辨率60km时,18.7,23.8,36.5,89GHz通道的噪声被大幅抑制,合成足迹的噪声为原始噪声的约10%,插值误差均小于5%,MWRI所有通道可很好地工作于匹配分辨率60km。     

汉字图形显示五通道GPS接收机VT9000 GPS接收机

技术性能:·五通道C/A码单频GPS接收机;·工作方式:四星三维定位,三星二维定位;全自动、人工设置方式工作；·精度：定位10～100m,差分手1～5m 测速0.5～0.5m/s,差分后0.01～0.1m/s 时间精度1/     

FY-3卫星VIRR海表温度产品进展

介绍了在过去的5年中根据用户需求FY-3卫星可见光红外扫描辐射计(VIRR)海温产品算法和产品设计的进展。给出了其中主要的国内外海温算法。介绍了FY-3卫星VIRR海温产品的进展:FY-3A星海表温度(SST)用可见光阈值进行云检测,其SST值偏低;FY-3B星SST用云检测产品中的确信晴空进行分纬度带的白天MCSST算法,但整体海温仍偏低;FY-3C星SST在B星的基础上进行了优化,首次反演了夜间海温,并提供了逐像元的质量标识及海温的气候偏差,设计了5km全球海温,实现了5min段海温产品存档,提高了风云海温产品的可靠性、可用性和精度。给出了FY-3C星VIRR海温产品的图像及质量检验情况。归纳了海温产品的同一框架下多级别、多源、高分辨率的发展趋势。将风云卫星海温产品规格与高分辨率海温科学组(GHRSST)GDS2.0的交叉比对,海温科学组认为中国在海温方面的能力在不断增强。研究认为:长序列海温产品重处理以确保海温产品的一致性非常必要,海温产品需采用国际通用海温产品规格。     

首家独具特色的汉字图形显示五通道GPS接收机——VT9000 GPS接收机

技术性能·五通道C/A码单频GPS接收机; ·工作方式四星三维定位、三星二维定位:全自动、人工设置方式工作·精度:定位10～100m,差分后1～5m 测速0.05～0.5m/s,差分后0.01～0.1m/s 时间精度1μs: 可给出北京时间、UTC时间或任一全球24时区时: ·数据更新率1s; ·时间同步输出:1pps秒脉冲输出; ·捕获时间45s.重捕时间10s:     

FY-4A星GIIRS大气温度廓线反演模拟试验研究

结合全球大气晴空训练样本(CIMSS)数据,利用辐射传输模式,模拟获得干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)亮温资料,结合人工神经网络反演方法,研究了风云四号(FY-4)卫星高光谱红外载荷大气温度反演方法,并研制了全圆盘和中国区域两套大气温度反演模型。反演试验结果表明:对流层大气温度反演精度明显高于平流层,以中国区域反演模型为例,对流层和平流层大气温度反演均方根误差(RMSE)分别为0.846,2.020K,平均误差分别为-0.003,0.024K;比较中国区域和全圆盘大气温度廓线反演精度,中国区域大气温度精度明显高于全圆盘,0~70km处大气温度反演的均方根误差分别为1.922,2.630K;与欧洲极轨卫星(Metop-A)IASI数据的温度廓线反演结果比较,FY-4A星GIIRS的温度反演精度在低层(500hPa)(RMSE=0.790 K)优于IASI(RMSE=0.976K),在高层(500hPa)(RMSE=1.803K)低于IASI(RMSE=0.899K)。研究对FY-4卫星GIIRS的大气温度廓线反演及其应用有重要的参考价值。     

首家独具特色的汉字图形显示五通道GPS接收机——VT9000 GPS接收机

技术性能: ·五通道C/A码单频GPS接收机; ·工作方式四星三维定位、三星二维定位;全自动、人工设置方式工作; ·精度:定位10一IO0m,差分后l一sm 测速0.05一o.sm/s,差分后0.01一0.lm/s 时间精度1那二 可给出北京时间、UTC时间或任一全球24时区时; .数据更新率ls; ·时间同步输出:1 pPs秒脉冲输出; ·捕获时间455,重捕时间一10云; ·动态:捕获l000m/s,l腼/52,Zom/s,: 跟踪1000m/s,勒m/57, 40m/S,; ·显示方式:汉字、字符图形显示; ·对外差分接口:码率1.2kbPs,‘内置FSK调制解调器, 可直接与电合或括音通道对接; ·对外计算机接口:RS …     

FY-3卫星洪涝灾害监测应用

对利用风云三号(FY-3)卫星数据对洪涝灾害监测进行了研究。给出了用FY-3卫星中分辨率成像仪(MERSI)和可见光红外扫描辐射计(VIRR)对薄云下和薄雾覆盖的水体判识的原理,以及洪涝信息检测中水体最大淹没面积和淹没时间信息的获取方法。给出了用FY-3卫星微波成像仪(MWRI)通过微波指数法反演洪涝信息的方法,可进行连续、全天候的大范围洪涝灾情监测。2011、2016年由其他卫星获得的洪涝水体信息表明:风云卫星的洪涝水体监测精度可达90%以上,甚至优于EOS卫星的MODIS和NOAA卫星的AVHRR的精度。近年来,风云卫星在国内外洪涝灾害等重大灾害监测评估中发挥了重要作用,改变了业务上以国外卫星资料为主进行洪涝灾害监测的局面,同时也提升了FY-3卫星在国际上的地位。展望了我国风云卫星在洪涝监测中的发展方向,指出随着风云卫星遥感技术的不断发展,洪涝灾害监测评估精度将会提高,为洪涝灾害防灾减灾提供更科学准确的决策依据。     

HY-2A卫星微波散射计观测的全球海面风场

正2011年8月发射的HY-2A卫星上搭载了我国第一台星载微波散射计,它能够实现全天候、全天时、宽刈幅全球海面风场的观测。如图所示,HY-2A卫星微波散射计观测得到的2011年10月11日全天全球海域14条轨道的海面风场数据,数据空间分辨率为25km×25km,黑色箭头表示风向,不同颜色表示风速大小。当日全球海面风速主要集中在2~20m/s的范围内,在西北太平洋和南大洋西风带存在高风速区域。     

基于Landsat-8/TIRS的红沿河核电基地海表温度反演算法比对

文章以红沿河核电基地周围海域为研究区,利用Landsat-8热红外遥感影像(thermal infrared sensor,TIRS),分别对辐射传输方程法、单窗算法、普适性单通道法和Qin劈窗算法等四种算法进行海表温度反演模型参数修订与数据处理。通过与实际观测温度数据进行精度验证与比对分析,寻求基于Landsat-8/TIRS数据的区域最佳温度反演算法。结果表明,辐射传输方程法均方根误差在1K以内,反演精度最高;Qin劈窗算法次之,均方根误差达到3K左右,反演精度较差,整体反演温度偏高;单窗算法和普适性单通道法均方根误差高于3K,反演精度最差,整体反演温度偏低。辐射传输方程法可作为红沿河核电海域温排水遥感监测首选算法。     

FY-3卫星大气湿度微波探测技术发展

介绍了风云三号(FY-3)卫星大气湿度微波探测技术及其发展。阐述了大气湿度微波探测原理。给出了微波湿度计(MWHS)的组成,以及变速扫描、匀速扫描和定点观测三种工作模式。从FY-3卫星01批到03批,MWHS从单一的湿度探测发展为大气温湿度同步探测,灵敏度和定标精度不断提高。其中:A、B星MWHS有150,183.31GHz两个探测频率,150GHz在国际上首次采用准光技术实现了极化分离,有垂直和水平通道2个,183.31GHz与国际同类设备相同,有通道3个;C、D星MWHS增加了118.75GHz探测通道8个,183.31GHz探测通道增加到5个,并增加了150GHz窗区频率,显著提升了微波湿度计的探测能力,实现了多通道的细分探测,并具有大气温度、湿度同步探测的功能,且118GHz首次实现了星载非临边大气探测;03批MWHS将包括探测频率4个、探测通道15个,窗区探测频率由150GHz更改为166GHz,并大幅提高灵敏度、定标精度等系统性能指标。性能比较表明:FY-3卫星MWHS的系统灵敏度优于其他国际同类载荷。给出了FY-3卫星MWHS在台风监测、全球亮温图获取等大气探测和灾害性天气预报与跟踪监测中的应用成果。     

一种星载GNSS-R海面风向反演方法

针对目前海面风场反演中风向反演困难，准确性低的问题，提出一种利用深度网络反演海面风向的新方法，该方法采用星载GNSS-R信号作为遥感源，根据海面反射信号特性与风向相关关系选择反演观测量，建立海面风向反演的深度网络模型。引入ReLU函数作为网络激活函数，并基于遗传算法(GA)优化了网络模型，对输入数据进行时空匹配与归一化处理，通过机器学习建立风向与输入变量的对应关系，利用深度网络模型反演得到海面风向，该方法反演结果的均方根误差εRMSE=18.14°，满足海面风向测量精度均方误差小于20°的一般测量要求，并通过两组对比试验验证了该方法的有效性和鲁棒性。     

卫星跟踪卫星测量模式中关键载荷精度指标不同匹配关系论证

本文基于改进的能量守恒法,对GRACE星载K波段星间测量系统、GPS接收机和SuperSTAR加速度计精度指标的不同匹配关系进行了系统论证。模拟结果表明：第一,各关键载荷精度指标呈线性匹配关系;第二,由于耗散能表现为累积变化特性,加速度计误差对恢复重力场的贡献不同于其它载荷;第三,以K波段星间测速精度指标1～10μm/s为标准并结合其它载荷匹配指标,在120阶处大地水准面累积误差为17.6～174.8cm,1.5°×1.5°重力异常累积误差为0.3～2.8mGal,其中K波段星间测速精度指标取1μm/s时,结果与德国地学研究中心（GFZ）公布的EIGEN-GRACE02S地球重力场模型符合较好;第四,建议我国将来采用的卫星跟踪卫星测量模式中关键载荷精度指标设计为星间测速1～3μm/s、轨道位置3～10cm、轨道速度0.03～0.10mm/s和非保守力 0.3～1.0 nm/s 2较优。本文的研究为将来GRAIL月球重力探测计划和太阳系其它行星探测计划（如火星）中全球重力场的精确和快速测量提供了理论基础和计算保证。
     

SMOS与Aquarius卫星海表盐度测量方法及数据的对比分析

国际上发射的海表盐度遥感卫星主要有2颗:欧洲的SMOS和美国的Aquarius卫星,为给后续海表盐度遥感提供参考借鉴,对比分析了这2颗卫星的遥感器载荷、数据处理算法和盐度数据。遥感器载荷方面,SMOS采用L波段二维综合孔径辐射计,而Aquarius采用L波段实孔径辐射计加散射计;数据处理算法方面,分析了二者在介电常数模型、海面粗糙度校正以及反演算法方面的差异;盐度数据方面,分析了SMOS与Aquarius盐度数据之间的相关程度,并分别与ISAS(In Situ Analysis System)浮标盐度数据作对比,分析了2颗卫星的盐度数据精度。将2颗卫星的盐度遥感数据与ISAS浮标盐度数据对比发现,在全球范围内,Aquarius盐度测量精度优于SMOS;但在开阔海域,SMOS盐度测量精度优于Aquarius;而在近海岸区域,均出现较大的误差,且SMOS数据误差更大。     

星载干涉成像高度计双频基线定标方法

在星载干涉成像高度计基线参数标定过程中,由于时间、传输路径的观测差异导致基线参数标定精度下降。为此,文章提出双频基线定标方法,基于双频同基线重叠观测区域数据实现基线状态标定性能的提升,有效降低干涉基线状态漂移造成的海面高程反演误差。在精确获取重叠区域海面高度条件下,利用在轨高精度基线测量和卫星姿态测量信息,联合高精度基线估计处理算法进行基线估计,将基线估计偏差的均方根降低至原来的1/4～1/5,可实现亚毫米、亚角秒的高精度基线估计精度,从而保证海面高度测量精度,为后续干涉成像高度计在轨定标方案的设计与基线高精度标定提供参考。     

基于扩展卡尔曼滤波的三维风速在线估计方法

风是影响巡飞弹药这类小型飞行器的重要环境因素,对飞行带来了较大的不确定性。为此,本文建立对飞行影响较大的常值风的估计模型,利用巡飞弹药中动压传感器及GPS/MIMU的输出数据作为观测量,通过扩展卡尔曼滤波实现对三维风速的在线估计,并分析了系统的可观测性。数值仿真试验表明:水平风速估计误差优于0.1m/s,垂直方向的风速估计误差优于0.4m/s,为巡飞弹参数辨识与控制系统设计提供精确的实时风速参考。     

基于FY-3C/VIRR海温资料的超强厄尔尼诺演变过程诊断分析

为了定量评估FY-3C卫星可见光红外扫描辐射计的海表面温度(SST)产品数据在厄尔尼诺事件分析中的可用性,利用FY-3C SST产品数据对2014/2016年超强厄尔尼诺形成、发展的时空演变过程进行诊断分析,并与气候态分析中常用的美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)联合制作的最优插值海表温度(OISST)资料进行对比评估。研究认为:FY-3C/VIRR月均海温数据能够刻画出厄尔尼诺期间海表面温度异常升高的基本时空分布特征;FY-3C/VIRR SST与OISST资料相比,海温距平场振幅变化范围较小,FY-3C/VIRR SST全样本资料在进行重采样及异常值剔除处理后的气候特征分析效果更好,在具体应用海温产品时可根据应用目标选取高产品等级像元参与运算;中高纬度与赤道低纬度的海温距平存在区域偏差现象,具体表现为FY-3C SST中高纬度海温暖异常值相比OISST偏高,赤道中东太平洋海温暖异常值相对OISST偏低,全局回归系数的代表性是造成这种区域偏差现象出现的主要原因,为FY-3C SST海温资料在气候态分析中的应用提供了借鉴,并为海温资料的进一步完善提供了改进建议。     

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、12 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CO2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。     

GNSS-R有效波高反演方法研究

研究基于GNSS-R测量有效波高的方法及技术原理,给出一种利用反射信号的信噪比反演有效波高的方法。方法根据海面粗糙度对反射信号信噪比的影响,建立有效波高反演模型。实验结果表明,反演有效波高数据的均方根误差是0.2431m。与传统的干涉复数场反演方法相比,文中反演方法模型简单,计算量少,能够用较短的时间反演出更精确的结果,具有一定的实用价值。     

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。