气象卫星有效载荷.ppt

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1、,01.,02.,03.,CONTENT,概述,01,主要内容,02,1、概述,气象卫星：专门用于气象观测目的的应用卫星。卫星气象：把气象卫星作为空间观测平台，利用遥感观测仪器探测到的遥感数据，反演成大气物理状态，生成观测图像和产品，并将气象卫星的观测数据和产品应用于气象和环境科学工程。,气象卫星有效载荷,气象卫星由卫星平台和有效载荷分系统组成。有效载荷是直接执行特定飞行任务的任务的分系统，卫星平台是为有效载荷提供支持和保证的各项分系统。,遥感观测仪观测各种波长的辐射能量，从X射线到微波。,卫星数据收集系统通过地面设置的数据收集平台在实地自动采集的环境数据经卫星转发至用户,星载数据存储、传输、

2、转发星载仪器与应用系统地面站组成的通信信道共同把气象资料发送给各类用户。1、遥感数据处理、发送给中心站2、地面处理信息通过静止卫星气象卫星转发广播3、收集地面、海洋数据收集品台的各种数据发送给用户,气象卫星轨道,太阳同步轨道和地球同步轨道被证明是进行卫星气象观测的最佳轨道，运行与这两个轨道上的气象卫星分别称为极轨气象卫星和静止气象卫星。,观测内容,气象卫星主要观测内容包括：卫星云图的拍摄。云顶温度、云顶状况、云量和云内凝结物相位的观测。陆地表面状况的观测，如冰雪和风沙，以及海洋表面状况的观测，如海洋表面温度、海冰和洋流等。大气中水汽总量、湿度分布、降水区和降水量的分布。大气中臭氧的含量及其分布

3、。太阳的入射辐射、地气体系对太阳辐射的总反射率以及地气体系向太空的红外辐射。空间环境状况的监测，如太阳发射的质子、粒子和电子的通量密度。,2、气象遥感器,气象卫星上的遥感器从可见光到红外和微波遥感、从表面成像到大气垂直探测，无论遥感器的种类、数量还是遥感器的性能都逐渐提高。目前运行的气象卫星都是配置了多种光学和微波遥感器的综合对地观测卫星。,2.1 遥感器分类,1、探测波段分类,光学遥感器光学技术,光伏效应,无线电技术,光导效应,X射线探测器（空间环境探测）,X射线：原子中的电子在相差巨大的能级中跃迁产生的粒子流，高频电磁波。射线：原子核能级跃迁退激时释放出的射线，是波长短于0.01埃的电磁波

4、。,1、气体电离探测器2、闪烁晶体探测器3、半导体探测器（镉锌碲）,闪烁晶体探测器（CT扫描原理）,主要由闪烁体、光的收集部件和光电转换器件组成的辐射探测器。荧光脉冲：处于激发态的原子，要通过电子跃迁向较低的能态转化，同时辐射出被照物质的特征X射线，这种由入射X射线激发出的特征X射线，称为二次特征X射线（荧光X射线）此种辐射又称为荧光辐射。,X射线,产生可见荧光,光电转换光电倍增光电二极管,输出信号,工作方式分类：1、主动和被动2、成像和非成像,气象卫星遥感,被动遥感器,主动遥感器,非成像遥感,成像遥感,微波遥感器（雷达）,光学遥感器（激光）,光学遥感器（激光）,光学遥感器（激光）,微波遥感器

5、（雷达）,微波遥感器（雷达）,2.2 光学遥感与微波遥感,可见光及红外遥感属于光学遥感，可见光遥感使用光学技术，微波遥感则是采用无线电技术。1、探测波段：可见光遥感探测波段范围；微波遥感探测波段范围通常大于1mm，但其中的激光雷达波段范围在可见光与红外波段。2、可见光遥感只能够采集地表信息，而微波却具有穿透性，能够探测地表以下一定深度范围内的信息。3、可见光遥感对大气状况有要求，天气因素影响大；微波遥感（高度）则能够实现全天时、全天候探测，具有穿透云雾的能力。4、红外既可以收集地表信息：红外成像光谱仪，也可以测量大气垂直分布：红外分光计。,海底平面,2.3 有效载荷组成,光学遥感器组成框架图,

6、微波遥感器组成框架图,2.4 主要性能参数分析,大气吸收,在微波段大气吸收主要是氧（O2）和水汽（H2O）造成的，1、水汽共振中心在22.235GHz和183.31GHz；2、氧气的共振中心在50GHz有吸收带，在118.75GHz由吸收线。,主要大气红外吸收带,有水汽,有水汽,大气窗口,6070,四个分辨率,3、各类有效载荷,有效载荷,成像仪器,探测器,空间环境监测,大气垂直探测,数据传输系统,臭氧探测,地球辐射,可见光扫描辐射计、成像光谱仪、微波成像,反演,高能粒子、辐射剂量、表面点位,3.1 可见光、红外扫描仪,是一种光机扫描式成像遥感器，用于观测地球景象并定量测量目标辐射量强度。,收集

7、器,分光器,探测器,处理器,输出器,光学会聚单元,分光单元,探测与信号预处理单元,信息记录,传输单元，电路,探测器单一,地面分辨率,红外热辐射,3.2 中分辨率成像光谱仪,与可见光红外对谱段扫描及其类似，但性能更优。1、分辨率更小，分为250m、500m、1000m2、更多谱段，更多光谱通道，光谱分辨率：1020nm,扫描方式与焦平面组件,风云三号成像光谱仪四个焦平面,采用10元、20元和40元并扫方案,1、采用并扫方案，10元对应250m，20元对应500m等，提高探测灵敏度。2、分布在四个焦平面1）可见光：400600nm，7条硅探测器2）近红外：6001050nm，10条硅探测器3）短波

8、红外：10元，光伏碲镉汞4）长波红外：40元，光导碲镉汞，在100105k（辐射制冷器制冷）,3.3 红外分光计,气象卫星中测量全球大气温度、湿度垂直分布轮廓线的遥感仪器。根据大气传输原理，地面和不同高度大气层到达星上探测器辐射强度Iv：,温度T；大气初始辐射B（v、t）；透射率v；权重函数Kv决定。当辐射频率一定时，K在某一个高度或压力处有一个峰值。而辐射强度主要来自于高度与K峰值相当的大气层。,测量原理：对大气混合比稳定的二氧化碳吸收带内的多个波段测量，不同波段的辐射主要来自不同的大气层，就可以测量出温度和湿度的垂直分布。,红外分光计的探测器,各通道探测目的,3.4 红外大气干涉探测仪（傅

9、里叶红外光谱仪）,与红外分光计类似，是新一代垂直探测仪，主要区别为分光系统，分光计为色散单色器，红外大气干涉仪为利用傅里叶变换（将干涉图与波谱转换）探测。,垂直探测仪图,大气垂直探测仪可以在2小时内获取全圆盘范围内大气干涉图,风云四号,北京地区大气干涉图,3.5 地球辐射收支仪,地球辐射收支的探测是监测全球整体辐射强度。是监测、研究和预测地球气候变化，进行中长期天气预报的重要手段，受辐射过程驱动的全球大气和海洋环流是决定气候带分布的主要因数。,1、绝对辐射计：热电型腔体黑色接收器；测量太阳辐照度2、地球辐射探测仪：热电探测器。,3.6 微波辐射计,微波辐射计是利用被动的接收各个高度传来的温度辐

10、射的微波信号来判断温度、湿度曲线，能定量测量目标(如地物和大气各成分)的低电平微波辐射的高灵敏度接收装置。微波辐射计实质上就是一个高灵敏度、高分辨率的微波接收机。,全功率微波辐射计原理图,应用,微波辐射计的不同频率应用于不同领域的探测，特别对海洋、大气和冰雪（适用于低温物体）研究提供动态数据。分辨率低，目前向着多通道、高分辨率、成像和合成孔径雷达发展。,全体侯工作能力波长大于3cm时，雨衰小对云有穿透能力,一定穿透性穿透深度与土壤湿度、频率、类型有关,3.7 微波成像仪,微波成像仪是多点频、双极化无源遥感成像系统。通过天线，接收来自大气和地面垂直和水平两个极化（二维）的电磁辐射转化为电信号，在

11、处理为伪彩色图像。微波影像是应用成像微波辐射计（扫描型）接收地物发射波长为1mm30cm的微波辐射能形成的影像。微波影像反映一定温度的地物，地面分辨率较低。,2014年3月10日，GPM微波成像仪在日本海岸观测到的温带气旋。,合成孔径雷达（简称SAR）,是一种主动式的对地观测系统，全天时、全天候对地实施观测、并具有一定的地表穿透能力。因此，SAR系统在灾害监测、环境监测、海洋监测、资源勘查、农作物估产、测绘和军事等方面的应用上具有独特的优势。,孔径越大，图像分辨率越高，不管孔径是物理的（雷达系统本身自带的天线）还是合成的，这使得这种雷达能够以相对较小的物理天线创建高分辨率图像。,3.9 自旋稳

12、定静止气象卫星（多通道扫描辐射计）,自旋稳定气象卫星结构简单，制造方便，但受结构布局的限制，装载量小，主要仪器为扫描辐射计，原理与三轴辐射计类似，扫描方式不一样。,自旋卫星以100r/min的速度旋转，利用自旋实现辐射计对地球自西向东的旋转。,对地球步进扫描时序,1）直流恢复，-30基准位置（直流为了无电磁影响）2）多路数据传输开：-19.73）地球来临预告：-15.54）扫到地球：-9.85）扫出地球：+9.86）步进：从北向南17.4 后完成地球全部扫描,卫星自旋一周的扫描时序,风云二号（自旋）和风云四号卫星性能对比,4、有效载荷辐射定标,遥感仪器定标是定量化遥感技术和遥感资料定量化应用技

13、术的关键之一，也是完成高质量的定量化遥感产品处理的基础。,遥感定标,辐射定标,光谱定标,定标单色仪：标准单色谱线,星上定标,辐射校正场,地面定标,其他,月亮定标；大气吸收通道,1、寻找稳定均匀的目标区，作为遥感仪器的标准源2、利用精度搞得卫星遥感器匹配和比对定标精度差的卫星遥感,辐射参考标准,1、标准灯点光源，用于紫外可见光和近红外，辐射不确定度由于1%,2、漫反射半和积分球反射辐射标准，用于可见光和近红外，需另外光源：如标准灯、太阳光,3、探测器标准可用于可见光和近红外波段的绝对辐射定标。：硅光二极管；陷阱二极管探测器（对辐射频率具有选择性）,4、黑体辐射标准用于热红外波段，黑体辐射源光伏亮

14、度仅依赖于温度。低温下运行（辐射制冷器）,黑体炉子,工作映射,03,01.,02.,CONTENT,公司介绍,黑体,黑体(black body)，是一个理想化了的物体，它能够吸收外来的全部电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射。换句话说，黑体对于任何波长的电磁波的吸收系数为1，透射系数为0。黑体炉指能全部吸收外部的辐射能量，同时能全部辐射出自身全部能量的物体。比辐射率极度接近于1.黑体的主要功能是产生一定温度下的标准辐射。因此在温度计量中主要用于检定各种辐射温度计，如光学高温计、红外温度计、红外热像仪等。随着科学技术的发展，黑体的用途已经不局限于在温度计量方面的应用。在光学方面，已经普遍采用黑体

15、作为标准辐射源和标准背景光源。在测量领域里，黑体已经用于测量材料的光谱发射、吸收和反射特性。在高能物理的研究中，黑体已经用作为产生中子源。,德国DIAS红外公司,是全球红外技术领域的领导者之一，其优势在于专业性、可靠性和灵活性。三十年来，德国DIAS专家专注于红外技术，开发和制造工业和研发用红外系统，给客户提供完整的解决方案。德国DIAS红外公司可提供广泛的基于计算机问题分析和设计的产品，开发与生产从传感器、电子设备、光学、精密机械元件到完整的红外温度系统；并可为客户定制软件：,产品 红外扫描热像仪及集成系统 便携式红外热像仪固定式红外热像仪及集成系统 红外测温仪 红外探测器 黑体炉 传递源(

16、标准红外测温仪),中温黑体炉CS1500,3001500C,腔体特征：腔体材料为SiC，其它部分为带半球端的圆筒，内径45mm，深度180mm。,中高温黑体炉CS1500E,大口径58mm,腔体特征：腔体材料为SiC，其它部分为带半球端的圆筒，内径45mm，深度180mm。,中温红外传递源,数字式单色红外测温仪，测温范围：3001800 C 响应时间固定在1s 最小可测3mm直径 600mm 通信接口RS485 就地显示和就地按钮调整参数 透镜瞄准,1、低温、长波红外传递源DY10Lcal(01000C,814微米)，标准传递高温辐射计 2、低温、中波红外传递源DY10Gcal(1001400

17、C,4.85.2微米)3、中波红外传递源DY10Fcal(2001500C,3.9微米)4、中温、短波红外传递源DG10cal,3501800,波长1.51.8m5、高温、短波红外传递源DS10cal(6002500C或3000C),DIAS黑体炉设置和标定软件 PYROSOFT_CS_Control,1、手动：选择通信接口，手动设置设备2、红外测温仪标定启动自动标定过程:通过通信接口，自动检测连接上的DIAS红外测温仪PYROSPOT的测量值。其它品牌红外测温仪，该测量值需要手动输入。根据参考表(reference table)自动计算偏差。用技术指标中的起始温度、最高温度及步长创建希望的测量值表。3、时间程序：简单的时间程序4、参考表：根据传递源创建和管理一个参考表5、生成报告：用通配符填写的用户定义的Word文档，在调用测量数据后，通配符被测量数据替代6、Excel表单：该功能打开Excel,创建一个新的表单，并将标定表传递过来。,谢谢观看,