FY-3卫星积雪监测产品概述及在遥感服务中的应用

介绍了风云三号(FY-3)气象卫星主要成像传感器及其积雪监测产品情况,FY-3卫星利用其1级数据能反演积雪覆盖、积雪深度、雪水当量等多种积雪监测参数和产品。卫星可见光-近红外传感器提供积雪覆盖监测信息,微波成像传感器提供积雪深度、雪水当量监测信息。针对防灾减灾以及应对气候变化分别给出积雪监测产品的遥感服务应用。结合国内外积雪遥感监测技术的发展趋势,提出利用FY-3卫星进行积雪监测的未来前景。FY-3卫星积雪监测产品在防灾减灾和应对气候变化方面能为遥感部门提供客观、可靠、全面、及时的参考信息。     

FY-3卫星应用和发展

回顾了风云三号(FY-3)卫星的应用和发展历程。介绍了FY-3卫星装载的成像、大气探测、辐射收支探测、大气成分监测和空间环境监测器5类仪器包,可实现从紫外、可见光、近红外、中红外、热红外到微波的多种电磁波谱段的遥感和探测。给出了地面应用系统生成的大气、陆地、海洋和空间天气等科学和应用领域的卫星遥感信息产品及其分辨率与精度。列举了部分典型的FY-3卫星数据在数值天气预报、臭氧和二氧化碳等大气成分和气候监测、生态环境和灾害监测等领域的应用结果。展望了未来FY-3卫星的发展,其中包含的4颗卫星,按晨昏、上午、下午近极地太阳同步轨道卫星3颗和倾斜轨道降水测量卫星1颗布局安排,组网完整的FY-3业务卫星的综合观测能力将有极大的提高,带动我国气象卫星应用进入成熟发展阶段。     

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。     

基于深度学习的毫米波和亚毫米波成像仪的图像增强技术

风云四号卫星毫米波和亚毫米波成像仪(MMSI)数据根据采样方式分为过采样和非过采样数据。由于采样方式的影响,非过采样数据在采样过程中会有一定的信息损失。为解决采用简单的线性插值方法做精细化处理时提升精度有限问题,采用基于深度学习的方法增强MMSI亮温图像,设计卷积神经网络重建风云四号卫星MMSI的亮温图像和风云三号卫星微波成像仪亮温图像。实验结果显示:相比传统的双三次插值方法,在风云三号卫星微波成像仪亮温图像样本上峰值信噪比提升了1.13dB,结构相似度提升了0.01。实验结果表明:对于非过采样亮温数据,采用基于深度学习的方法增强图像具有更高的精度,同时可在其他微波探测仪数据中使用,具有很强的普适性。     

中国气象卫星技术成就与展望

概述了我国风云一号(FY-1)极轨气象卫星和风云二号(FY-2)静止气象卫星的发展概况与成就.介绍了即将发射的新一代风云三号(FY-3)极轨气象卫星的主要功能和技术特点,以及配置的10通道可见红外扫描辐射计、26通道红外分光计、20通道中分辨率成像光谱仪、微波辐射计、微波成像仪、紫外臭氧探测仪、地球辐射收支仪和空间环境监测器等仪器的用途.给出了FY-2静止气象卫星的基本任务、主要探测性能和技术特点,以及在研的新一代风云四号(FY-4)静止气象卫星的关键技术和遥感仪器.分析了国外新一代三轴稳定静止气象卫星的发展与栽荷配置.总结了我国气象卫星业务系统的应用和取得的效益.     

气象卫星遥感火情监测应用

对气象卫星遥感火情监测应用进行了研究。介绍了用中红外和远红外通道火点像元亮温与背景差异对火情进行监测的原理,以及可用于监测的主要卫星仪器。给出了极轨气象卫星和静止气象卫星的火点判别方法,包括亚像元火点面积与温度、燃烧辐射功(FRP)的火点强度估算方法,以及过火区面积估算和影响评估方法。气象卫星火点监测精度用人工火场卫星同步观测和用高分辨率陆地卫星对火点监测两种方法进行验证。介绍了风云三号(FY-3)等气象卫星在防灾减灾、生态环境保护、气候影响评估等中的应用,包括森林草原火情监测和过火区估算、森林草原火险预警预报、秸秆焚烧火点监测及过火区面积估算、生物量燃烧引起的烟霾天气监测、干旱等气候事件对森林火灾的影响、全球野火监测等。展望了未来气象卫星在火情监测中的技术发展和应用。     

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。     

FY-4卫星闪电成像仪设计与实现

介绍了我国第一台探测闪电的空间光学遥感仪器——风云四号(FY-4)卫星装载的闪电成像仪的设计与实现。给出了空间光学闪电探测原理。FY-4A星闪电成像仪采用小F数透射光学系统,用双镜头拼接实现大视场覆盖;采用高稳定度超窄带多腔干涉滤光片实现闪电信号滤波,以高速多抽头大光敏元CCD器件为敏感元件获取闪电与背景图像,由实时事件处理器在积分时间内按像元完成焦面数据的多帧背景评估、背景去除、阈值比较和闪电事件编码;采用与闪电事件一致的视场分辨率进行空间滤波,降低云层、陆地和海洋等背景信号对闪电信号的影响。研制的闪电成像仪由闪电成像仪主体、闪电信息处理盒、闪电管理与温控盒和闪电配电盒组成,设计了闪电探测、地标观测和FPGA程序上注三种工作模式。FY-4A星闪电成像仪研制中突破了闪电成像仪分系统总体、超窄带滤光片应用、高帧率CCD器件、实时事件处理器,以及闪电成像仪实验室标定与验证等关键技术。闪电成像仪的指标与国际同类仪器相当。至目前为此在轨测试表明:该闪电成像仪能实现对不同强度闪电事件实时探测,具备对强对流天气过程完整监测和跟踪能力。展望了后续我国闪电成像仪技术的发展和应用需求。     

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。     

基于FY-3C星微波成像仪毫米波通道的海面大风算法研究

对基于FY-3C星微波成像仪(MWRI)毫米波通道的海面大风算法进行了研究。根据在中国海域观测到的海面后向热辐射数据,认为联合多个毫米波通道分析方法可利于海面大风反演。对中低风速(0~15m/s)下D-矩阵算法进行修正,给出了适于MWRI的海面风速反演新模型。与浮标数据拟合结果表明:FY-3B,C星MWRI均方差(RMS)分别为1.24,1.18m/s。用带泡沫散射层的双尺度随机粗糙面的复合模型计算后向热发射。考虑各通道频率、灵敏度和定标精度等因素,用回归分析法分析了各通道热辐射特性随海面风速变化的不同响应特性,建立了适于FY-3C星MWRI的大风风速反演模型。中低风速模型和大风速模型反演的全球海面风速分布结果表明:中低风速精度标准差1.2m/s;反演大风数据和海岛固定浮标数据有一致性,模型的实际应用效果较好,可为我国沿海的大风监测和预警提供保障。     

FY-3气象卫星中分辨率光谱成像仪结构仿真分析

用ANSYS软件仿真分析了风云三号（FY-3）气象卫星中分辨率光谱成像仪的结构。根据建立的成像仪有限元模型,进行了静力学、模态和谱分析,给出了X、Y、Z向加速度载荷下消旋机构的应力和变形、1-20阶模态频率,以及各向正弦振动谱作用下各部件的应力和变形。结果表明：有限元法与实验数据基本吻合,可用于成像仪设计的优化。     

一体化微波成像探测技术发展和展望

介绍了微波成像探测技术的发展历程及趋势。阐述了将多种遥感目的和功能集于一体微波成像探测的优势和必要性。通过多频点大口径天馈、高灵敏度多通道接收及高稳定度长寿命转动机构等关键技术的突破,研制了一体化微波成像探测样机。与目前在轨的风云三号(FY-3)卫星微波成像仪相比,最高测量频段提高、细分通道数目增多、探测灵敏度及辐射测量精度提升,实现了大气温度廓线、大气湿度廓线和地表成像的一体化同源观测,在增强数据同化能力的同时提高了卫星的载荷效率,可同时获得全天时、全天候的海面风场,海面温度,海冰分布和雪覆盖,大气温湿度廓线,大气水汽和液态水分布等全球性气象资料。对一体化微波成像探测技术的高分辨率、高频率接收和全极化探测等发展方向进行了展望。     

微波成像仪扫描转动对卫星姿态的影响分析和控制实现

介绍了微波成像仪扫描运动方式,分析了微波成像仪扫描运动及对卫星姿态稳定性的影响,提出了微波成像仪扫描运动稳定性控制中天线静平衡、天线展开到位精度、转动体动平衡和整体动平衡状态的控制方法。给出了微波成像仪扫描平衡状态及在轨验证效果。结果表明：微波成像仪动平衡控制有效,达到了预期的姿态稳定性控制要求。     

辐射计反射面天线面形精度对其主波束效率影响研究

以FY-3卫星微波成像仪天线为模型,对反射面天线面形精度对天线主波束效率的影响进行了分析。提出基于数值拟合法的公式,用GRASP软件半物理仿真结果,修正Ruze公式关于面形精度影响因子的表达式,实现了工程中天线主波束效率快速估算。该方法减小了Ruze公式中由于假设口径场等幅同相分布引起的计算误差,采用该方法后计算精度可控制在1%以内。最后针对多馈源共用反射面的辐射计天线提出了分区域分析面形精度的方法。     

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。     

高分三号卫星减灾行业应用能力分析

高分三号(GF-3)卫星能够高时效地实现不同应用模式下1~500m分辨率、10~650km幅宽的微波遥感数据获取,为洪涝、地震、滑坡、泥石流等自然灾害监测和损失评估提供了有力支撑。在介绍高分三号卫星成像特点基础上,从地表参数反演、地物目标识别、变化检测3个方面,结合2017年度四川茂县山体滑坡、吉林洪涝灾害等重特大自然灾害,深入开展了GF-3卫星灾害要素监测、应急监测、损失评估及恢复重建监测等灾害管理全流程的应用能力分析,可为后期提升灾害监测与评估水平奠定基础。     

中国对地观测卫星在缅甸洪涝灾害应急监测中的应用

针对2015年7-8月缅甸发生的严重洪涝灾害,应缅方请求,民政部国家减灾中心利用多颗中国卫星对洪涝进行监测,并结合其他辅助数据对洪涝灾害的范围与影响进行分析评估,为缅方救灾决策提供有效支持。文章针对以上案例对应急监测数据、流程、方法、结果进行系统分析,结果表明中国卫星具有为周边国家重大灾害提供及时有效应急监测服务能力,并对未来中国卫星用于国际重大灾害监测服务提出了建议与展望。     

我国极轨气象卫星的发展

介绍了我国极轨气象卫星的现况。提出了由风云三号(FY-3)上午星、下午星和降水测量卫星组成的我国极轨气象卫星对地观测网构想,给出了三种卫星的主要仪器性能指标。讨论了多载荷综合观测,利用微波波段实现全天候探测,提高光谱分辨率,提高空间分辨率,提高仪器的灵敏度、定标精度,发展无线电(GPS)掩星探测,以及发展主动遥感等极轨气象卫星发展趋势。对我国极轨气象卫星的发展给出了气象卫星向对地综合观测发展、遥感探测技术向"四高两全一多"发展、探测方式向主动与被动结合方向发展、遥感应用向高精度定量化发展、发展专用卫星或小卫星阵列等建议。分析了转动部件与太阳阵耦合抑制、高指向精度高稳定度姿态控制、高数据率数据传输、颤振对高光谱成像质量的影响分析及减振、主动微波及可见、红外、紫外谱段高精度地面及在轨定标等实现我国极轨气象卫星发展的关键技术。     

FY-3A极轨气象卫星

介绍了我国研制的风云三号A(FY-3A)极轨气象卫星的基本任务、轨道与发射窗口、构型与布局、主要技术参数、探测仪器配置、图像资料传输与存储,以及姿轨控和数管系统等总体概况.分析了卫星的技术特点.介绍了卫星入轨过程、平台和数传等在轨运行状况.给出了遥感仪器的工作及其部分应用结果.卫星近4个月的运行稳定,获取了大量的气象和环境数据.初步测试结果表明:FY-3A卫星大部分仪器性能与国际同类仪器比对一致,已达国际先进水平.     

中国气象卫星技术成就与展望(上)

中国是继美国和前苏联之后世界上第三个自行研制、发射太阳同步轨道(极地轨道)和地球同步轨道(静止轨道)气象卫星的国家.第一代极轨气象卫星风云一号(FY-1)于1988年和1990年分别发射了A、B两颗试验卫星.经重大改进后,1999年和2002年分别发射了C、D两颗业务应用卫星,在轨运行寿命均已超过5年.新一代极轨气象卫星风云三号(FY-3)也已发射.星上装载8种探测仪器,其探测谱段覆盖了从微波到紫外光.