卫星气象学第四章 卫星云图资料的接收和处理

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第一节 卫星观测仪器的基本特征 一、卫星仪器的组成
扫描仪 光学系统 探测器 信号处理和信号输出系统
辐射信息 采集系统
辐射信息收 集转递系统
辐射（光） 电转换系统
电信号处理 和发送系统
扫描 观测 驱动 装置
的空间立体角。
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由于卫星的瞬时视场很小， 所以在星下点处地面可分辨面积 的直径与瞬时视场间的关系可近 似写为
探测器宽度W 光学系统
d0=h x L 瞬时视场（IFOV）
IFOV =2tan-1（W/2f）
瞬时视场观测点面积为△S
S
1
S
COS( )
百度文库COS
1
(
)
l2 h2
S0
或
S
R2 h2
sin2 sin2 COS(
)
S0
式中
sin1[( R h) sin]
R
S
l2 h2
S0
卫星斜视与正视时的地面分辨率
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空间分辨率也可以用卫星的瞬时视场角表示，单位为 弧度。
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如图所示：
o为地心，S为卫星，R为地球半径，H为
s
卫星高度， ∠ ASB为卫星的视场（张
角）,∠DSD为卫星的星下点处瞬时视场。
DD‘：星下点分辨率
瞬时视场 （IFOV）
W/f 地面瞬时视场（GIFOV）
GIFOV =2htan[IFOV/2]
=Wx（h/f）
=W/m 式中m是放大倍数
m=f/h
地面瞬时视场 （GIFOV）
焦距f 图象空间
高度h 大气 地面
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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NEP>1，表示信号大于噪声。
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3、等效噪声温度差NE△T
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。
η H
sin c R sin c R H
D β D' δ
sin
c
sin c
RH R
A
c 180 (c c )
B
R O
DD
2
( c
)
180
R
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卫星探测与空间分辨率的关系
①、空间分辨率与卫星观测视场的关系
辐射能收 集的光学 系统，包 括：光栅 ，聚焦装 置等
感应辐射 能，并将 辐射能转 换为电信 号。分量 子、热探 测器两种
对探测 器信号 进行放 大、模 /数转 换等处 理
将处理 好的信 号发送 给天线 或记录 到存储 设备中
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第四章 气象卫星资料的接收和处理
当前 卫星 观测 地球 -大 气采 用的 观测 方式
主动 观测 方式
重量重 耗能大
被动 体积小 观测 重量轻 方式 耗能小
气象雷达
非 扫
照相机
描 摄象机
仪
扫 成像辐射仪 描 非成像辐射仪 仪 成像非成像
5、信噪比 信号与噪声之比，定义为
S E()d
SNE N 0 NEI ()
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。
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三、卫星探测的分辨率 几个概念： 覆盖面积 视场 张角 角分扁辨率 瞬时视场：从卫星到观测地表面积之间构成
(, )
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光谱响应函数通常是规一化的，即
(,)d 1 0
如果入射到卫星仪器的辐射为L（），考虑仪器 的光谱响应，则对卫星仪器的探测器有响应辐射为
L() (,)L()d 0
式中L（）是仪器的探测器对入射辐射的响应辐射。
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。
线分辨率
1、空间分辨率
是指卫星在某一时刻观测地球的最小面积。卫星的瞬 时视场决定了卫星的空间分辨率。
空间分辨率可以由卫星观测到的最小面积直径表示， 单位为km。
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2、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探测器本身 均方根噪声电压的辐射功率，即
NEP EAd
Vn
Vs
或是 NEP EAdVn Vs
4、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。
D 1 NEP
探测灵敏度表示单位面积为1cm2，带宽为1GHZ时的探测度， 即
1
D
D(Ad f
1
)2
Vs ( Ad f Vn EAd
)2
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二、表征辐射仪的几个参数
1、响应度R和光谱响应函数
响应度R：指每单位输入功率的探测器输出的大小，为输 出信号电压或电流与入射功率之比，写为
R Vs EAd
Vs是输出电压信号，E是辐照度，Ad为探测器的面积。
光谱响应函数：由于卫星是在一定波长间隔内测量，在 这波长间隔内，响应度随波长而变，这种以波 长为函数的辐射响应称之为光谱响应函数，常 表示为