卫星气象学第四章 卫星云图资料的接收和处理
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《卫星气象》学习资料：Ch4_卫星观测及其资料的接收和预处理
3)卫星斜视时的地面分辨率
l R
sin sin
S
l2 h2
S '
bo.qian@,Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ.of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
2、灰度分辨率或温度分辨率
在红外云图或可见光云图上，如果相邻两个邻接瞬时 视场的反照率或温度相同，其色调也相同，这就会无法区 分它们。但是是当这两个瞬时视场内目标物的温度或反照 率有差异，并达到一定数值时，这两个视场就能被分辨， 这个能被分辨的最小温度差或反照率差值称为灰度分辨率 或温度分辨率。
5、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1宽为1GHZ时的探
测度，即
D
D(Ad f
1
)2
Vs ( Ad f Vn EAd
)2
bo.qian@,Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ.of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
垂直轨道方向
卫星轨道方向
(b) (a)
(c)
(C)线性阵列探测器前推式扫描
(d)
(d)圆锥扫描
bo.qian@,Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ.of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
二、卫星仪器的技术参数
1、响应度和光谱响应函数 响应度：是指每单位输入功率的探测器的输出大小， 即为输出信号电压与入射功率之比。
2、信噪比 信号与噪声之比，定义为
卫星气象学实习报告-卫星资料处理及显示
姓学院专1.实习目的1)云图数据读入并绘图2)设计云图增强层次。
自定义色标；RGB配特定颜色3)对云图进行多种增强处理，并对比增强前后的差异2.实习方案1）准备工作。
把文件夹satellite-practise中的如下文件拷贝到“Matlab\work\”目录。
以上文件说明如下：satellite_data.mat % 卫星数据以matlab mat格式存放数组形式colormap_user_define.m % 用户自定义的色标子程序practise .m %本次实习要使用的主程序bt.txt %卫星数据中的亮度温度数据longitude.txt %卫星数据中与bt.txt所对应的经纬度位置数据latitude.txt %卫星数据中与bt.txt所对应的经纬度位置数据2）启动matlab 和实习主程序。
点击“打开”则看到主程序。
程序解读: 见程序注释。
3）读入卫星数据并绘图。
读入卫星数据可以使用以下两种方法之一来实现。
（1）方法一: 使用fopen和fscanf等函数读入“.txt”文件中的数据。
（2）方法二：使用load语句读入“.MA T”文件中的数据。
4）增强处理与效果比较程序中可修改的程序段:（1）用自动色标时的语句为set(gca,'CLim',[200 300]); %色标的范围可以改变[200 300], 但为了对比, 程序中前后三段要一致。
（2）自定义色标时的语句为:levels=200:10:300; % every 10 K one color;可调整其中的数字“10”。
“10”表示在亮温度[200 300]区间内每10 K改变一种颜色。
（3）用RGB配色时: 把图像像素值除以像素值最大值255得到归一化图像，故各种颜色只能在0-1内变化。
RGB配色规则举例如下：1 0 0 表示红色0 1 0 表示绿色0 0 1 表示蓝色1 1 1 表示白色0 0 0 表示黑色0.5 0.5 0.5 表示灰色下面是一个RGB调色表：[ 0 0 0.60 0 1.00000 1.0000 1.00000 0.6 00 1.0000 01.0000 1.0000 01.0000 0.6000 00.8000 0.4000 01.0000 0 00.6000 0 00.6000 0 0.60001.0000 0 1.0000 ]其中每种颜色均可调(包括不同程度的灰色)。
兰州大学《卫星气象学》第4章-美国气象卫星观测系统-5-NOAA
《卫星气象学》电子课件（第一版）
17
小结
1966年美国第1代业务气象卫星系统“艾萨”投入业务运行服务，提供了 由光导照相系统获得的全球云图。 自1966年至1978年，前后经过二十年的发展，历经“艾萨”、“诺 阿”(NOAA，又称改进型泰罗斯) 和“泰罗斯-N/诺阿” (TIROS-N/NOAA) 三代的更新，实现了昼夜云图的业务化，使气象卫星具有连续监视天气系 统生命史的能力，实现了卫星资料以高分辨率图像传输(HRPT)方式传给 用户，使卫星应用从定性走向定量。 自NOAA-6之后，该系列及其改进型卫星一直延续到今天。其第5代业务 极轨气象卫星NOAA-K、L、M、N、N’系列的第一颗——NOAA-K于 1998年5月发射(发射后称NOAA-15)。 1994年5月美国决定将现有NOAA民用极轨气象卫星和“国防气象卫 星”(DMSP)合并为“国家极轨环境卫星系统”(NPOESS)，以节省经费。 2003年开始，美国和欧盟达成协议，共同运行极轨气象卫星系统。美国提 供下午轨道的卫星，而欧盟提供上午轨道的卫星，美国NOAA-N气象卫星 (2003年发射，下午轨道)和欧盟的METOP-1气象卫星(2002年发射，上午 9∶30轨道)成对运行，这样每隔4小时就有1条卫星轨道，可获取时间均匀 分布的观测资料。
NOAA-12(NOAA-D) NOAA-13(NOAA-I) NOAA-14(NOAA-J) NOAA-15(NOAA-K) NOAA-16(NOAA-L)
NOAA-17(NOAA-M) NOAA-18(NOAA-N)
1991.5.14 19ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3.8.9 1994.12.30 1998.3.13 2000.9.21
《卫星气象学》电子课件（第一版）
卫星气象学课程
开课院系
物理学院
通选课领域
是否属于艺术与美育
否
平台课性质
平台课类型
授课语言
中文
教材
自编讲义；
应用卫星气象学,蒋尚城,北京大学出版社,2006,卫星气象学,陈渭民,气象出版社,2003,
参考书
教学大纲
本课程全面、系统地介绍卫星气象学的基础知识，将使学生熟悉先进的卫星遥感技术，以及卫星资料在大气科学、海洋科学、自然灾害监测和预测以及农业生产等上的应用。
英文简介
With the development of satellite technology, meteorological satellites play a very important role in weather forecasting, environmental monitoring and disaster prediction. Atmospheric science majors at home and abroad have basically set up "satellite meteorology" courses. In this course, I have been collected and managed a large number of multimedia teaching materials. The basics of satellite meteorology and satellite data applications on atmospheric, marine sciences, natural disaster monitoring and agricultural production are comprehensively and systematically introduced. I have also taken full advantage of the rapid development of internet technology and established a Web-based network library of multimedia teaching in the satellite meteorology, and provided online education and training. The most of the contents are taken directly from foreign books and multimedia resources. The related electronic documents and the online resources are available to students after class.
物理学院
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是否属于艺术与美育
否
平台课性质
平台课类型
授课语言
中文
教材
自编讲义；
应用卫星气象学,蒋尚城,北京大学出版社,2006,卫星气象学,陈渭民,气象出版社,2003,
参考书
教学大纲
本课程全面、系统地介绍卫星气象学的基础知识，将使学生熟悉先进的卫星遥感技术，以及卫星资料在大气科学、海洋科学、自然灾害监测和预测以及农业生产等上的应用。
英文简介
With the development of satellite technology, meteorological satellites play a very important role in weather forecasting, environmental monitoring and disaster prediction. Atmospheric science majors at home and abroad have basically set up "satellite meteorology" courses. In this course, I have been collected and managed a large number of multimedia teaching materials. The basics of satellite meteorology and satellite data applications on atmospheric, marine sciences, natural disaster monitoring and agricultural production are comprehensively and systematically introduced. I have also taken full advantage of the rapid development of internet technology and established a Web-based network library of multimedia teaching in the satellite meteorology, and provided online education and training. The most of the contents are taken directly from foreign books and multimedia resources. The related electronic documents and the online resources are available to students after class.
卫星气象学PPT课件
现状 §5 对地观测卫星的种类和发展
第一 章 卫星气象学发展现状 §1气象卫星的发展与当今时代特征
一、卫星技术的发展 1、 二十世纪五十年代后期，空间技术迅速发展，出现了人 造卫星。人造卫星是进行科学研究的重要工具。 2、携带各种气象观测仪器的人造卫星，用于测量大气温度、 湿度、风、云和辐射等气象要素以及各种天气现象，以研究气象为 目的的卫星称做气象卫星。 3、1960年4月1日，美国第一颗气象试验卫星泰罗斯—1号发 射成功，开创了人造卫星应用于气象探测的新纪元，四十多年来， 在探测理论和技术、灾害性天气监视、天气分析预报等方面发挥了 重要作用，促进大气科学发展，形成了卫星气象学。 4、当今已形成宇宙空间时代—Satellite 卫星、宇宙探险； 5、高科技计算机时代—Computer 计算机； 6、信息时代—Internet 国际互联网。
FY-2C卫星2004年10月29日北京时间11时至11时25分， 获取的第一幅可见光图像。
FY-2D卫星2006年12月8日08时53分发射升空。 FY-2 第02批为FY-4，是中国未来新一代静止气象卫 星系列。计划于2010年之后试验应用。 2009年11月23日风云-2E星接替C星观测试运行，12月 23日8时起，正式投入业务运行。
卫星气象学（卫星云图分析） 1、气象卫星发展现状 2、气象卫星轨道和运动规律 3、气象卫星遥感观测的基本原理 4、气象卫星观测仪器、资料获取和处理应用 5、气象卫星图像的分析基础 6、中纬度天气系统的卫星云图分析 7、热带低纬度天气系统的卫星云图特征 8、气象卫星观测资料天气分析预报中的应用
第一章 卫星气象学发展现状 §1 气象卫星的发展与当今时代特征 §2 气象卫星遥感的意义和内容 §3 卫星资料在大气科学中的作用 §4 各国气象卫星的发展和资料应用
第一 章 卫星气象学发展现状 §1气象卫星的发展与当今时代特征
一、卫星技术的发展 1、 二十世纪五十年代后期，空间技术迅速发展，出现了人 造卫星。人造卫星是进行科学研究的重要工具。 2、携带各种气象观测仪器的人造卫星，用于测量大气温度、 湿度、风、云和辐射等气象要素以及各种天气现象，以研究气象为 目的的卫星称做气象卫星。 3、1960年4月1日，美国第一颗气象试验卫星泰罗斯—1号发 射成功，开创了人造卫星应用于气象探测的新纪元，四十多年来， 在探测理论和技术、灾害性天气监视、天气分析预报等方面发挥了 重要作用，促进大气科学发展，形成了卫星气象学。 4、当今已形成宇宙空间时代—Satellite 卫星、宇宙探险； 5、高科技计算机时代—Computer 计算机； 6、信息时代—Internet 国际互联网。
FY-2C卫星2004年10月29日北京时间11时至11时25分， 获取的第一幅可见光图像。
FY-2D卫星2006年12月8日08时53分发射升空。 FY-2 第02批为FY-4，是中国未来新一代静止气象卫 星系列。计划于2010年之后试验应用。 2009年11月23日风云-2E星接替C星观测试运行，12月 23日8时起，正式投入业务运行。
卫星气象学（卫星云图分析） 1、气象卫星发展现状 2、气象卫星轨道和运动规律 3、气象卫星遥感观测的基本原理 4、气象卫星观测仪器、资料获取和处理应用 5、气象卫星图像的分析基础 6、中纬度天气系统的卫星云图分析 7、热带低纬度天气系统的卫星云图特征 8、气象卫星观测资料天气分析预报中的应用
第一章 卫星气象学发展现状 §1 气象卫星的发展与当今时代特征 §2 气象卫星遥感的意义和内容 §3 卫星资料在大气科学中的作用 §4 各国气象卫星的发展和资料应用
卫星气象—卫星云图相关知识资料
1
我国气象卫星有极轨和静止两 个系列，是世界上少数几个同时拥 有极轨和静止气象卫星的国家之一 ，是世界气象组织对地观测卫星业 务监测网的重要成员。
2
气象卫星的分类
按照卫星的轨道倾角可以将卫星轨道分为： 赤极地轨道气象卫星是指太阳同步极地轨道 气象卫星，卫星的轨道平面与太阳始终保持 固定的取向。
积雨云地面图
积雨云卫星云图
19
几种云的简单识别——积云、浓积云
积云、浓积云无论在可见光云图还是在红外云图上， 表现为多斑点、皱纹，为不均匀的纹理；边界不整 齐不光滑；在可见光云图上呈白色，在红外云图上 由于积云浓积云的高度参差不齐，云顶温度有差异， 色调也不一致。
积云
浓积云
积云、浓积云 卫星云图
20
8
云图的种类：
可见光云图
可见光云图是卫星接受地面和云区反射的太 阳辐射转化而得到的图像。
可 见 光 圆 盘 图
可见光云图
9
云图的种类：
红外云图
卫星接受云区和地面本身的红外辐射总量， 用图像表示出来，即为红外云图。
红外云图
10
云图的种类：
水汽云图 卫星接收以6.7微米为中心的水汽强吸收带发出
的辐射，用图像表示出来，即为水汽云图。
水汽云图
11
电视节目中通常使用的云图,就是红外云图通 过计算机处理,编辑而成的假彩色动态图片。
12
风云二号气象卫星25日14时至19时发布的云图
一组假彩色动态图片
13
如何看懂一幅卫星云图？
在黑白红外卫星 云图照片中，我们 看到有些地方呈白 色，有些地方呈黑 色，而另一些地方 却呈灰色等等。那 么这些颜色都有些 什么含义呢?
14
如何看懂一幅卫星云图？
我国气象卫星有极轨和静止两 个系列，是世界上少数几个同时拥 有极轨和静止气象卫星的国家之一 ，是世界气象组织对地观测卫星业 务监测网的重要成员。
2
气象卫星的分类
按照卫星的轨道倾角可以将卫星轨道分为： 赤极地轨道气象卫星是指太阳同步极地轨道 气象卫星，卫星的轨道平面与太阳始终保持 固定的取向。
积雨云地面图
积雨云卫星云图
19
几种云的简单识别——积云、浓积云
积云、浓积云无论在可见光云图还是在红外云图上， 表现为多斑点、皱纹，为不均匀的纹理；边界不整 齐不光滑；在可见光云图上呈白色，在红外云图上 由于积云浓积云的高度参差不齐，云顶温度有差异， 色调也不一致。
积云
浓积云
积云、浓积云 卫星云图
20
8
云图的种类：
可见光云图
可见光云图是卫星接受地面和云区反射的太 阳辐射转化而得到的图像。
可 见 光 圆 盘 图
可见光云图
9
云图的种类：
红外云图
卫星接受云区和地面本身的红外辐射总量， 用图像表示出来，即为红外云图。
红外云图
10
云图的种类：
水汽云图 卫星接收以6.7微米为中心的水汽强吸收带发出
的辐射，用图像表示出来，即为水汽云图。
水汽云图
11
电视节目中通常使用的云图,就是红外云图通 过计算机处理,编辑而成的假彩色动态图片。
12
风云二号气象卫星25日14时至19时发布的云图
一组假彩色动态图片
13
如何看懂一幅卫星云图？
在黑白红外卫星 云图照片中，我们 看到有些地方呈白 色，有些地方呈黑 色，而另一些地方 却呈灰色等等。那 么这些颜色都有些 什么含义呢?
14
如何看懂一幅卫星云图？
兰州大学《卫星气象学》第4章美国气象卫星观测系统1ATrainPPT课件
《卫星气象学》电子课件（第一版）
14
CloudSat卫星简介
CloudSat卫星作为卫星集群的一员于2006年4月28日发射成功。 CloudSat卫星的主要仪器由美国航空航天局喷气动力实验室和
加拿大航天局共同研制，美国鲍尔航天技术公司负责卫星主体 的建造、测试和组装，并执行CloudSat卫星的发射和最初的入 轨测试。
《卫星气象学》电子课件（第一版）
11
CALIPSO卫星简介
美国NASA在1998年与法国国家航天中 心(CNES)合作开始实施“云-气溶胶激光 雷达和红外探测者卫星观测”(CloudAerosols Lidar and Infrared Pathfinder Statellite Observations, CALIPSO)计划。
相互时间间隔最短为15秒，最长为15分钟，最后一颗星 与第一颗星的飞行间隔相差不到23分钟，并且卫星每15 分钟进行一次位置协调。A-Train卫星编队围绕地球旋转， 大约8秒内5颗卫星可以飞过同一检测地点。
《卫星气象学》电子课件（第一版）
9
Aqua卫星简介
2002年5月4日当地时间早晨2时55分，美国地球观测系统 下午星系列第一颗卫星Aqua卫星在美国加里弗尼亚州万 德伯哥空军基地发射成功。 Aqua卫星取名于拉丁文，其 意思是“水”。
4
4.1 A-Train卫星编队
《卫星气象学》电子课件（第一版）
5
极轨卫星与静止卫星
目前的气象卫星主要有极轨气象卫星和静止气象 卫星两大类。
极轨卫星：飞行高度约为600-1500km，空间分辨 率高，每天在固定时间内经过同一地区2次，每隔 12小时可获得一份全球气象资料；时间分辨率较 低，重复观测时间间隔长达16天。
卫星气象学课件：第四章 卫星资料的接收
发射年份1998年, 代号030A, 轨道根数13275, 升交 点日数387.044087619, 升交点时间2000年12月02 日1时3分29秒170毫秒, 升交点经度87.0558……
卫星轨道报
TLE(Two-Line Orbital Element)轨道报(下载:/)
FENGYUN 3B
1 37214U 10059A 12111.82175232 .00000038 00000-0 38840-4 0 6050 北美防空司令部(NORAD)给的卫星编号37214，保密级别U（非保密的），
10年国际编号第59次发射，A为第一颗卫星（如有多颗用B、C等表示）， 本组轨道数据时间2012年第111.83175232日，平均运动的一阶时间导数， 平均运动的二阶时时间导数（计算每一天平均运动的变化带来的轨道漂移， 提供给轨道计算软件预测卫星的位置），BSTAR拖调制系数（计算大气阻 力），0表示美国空军空间指挥中心以外公开使用，第605组TLE报文，0 为校验和（校验和是指这一行的所有非数字字符，按照“字母、空格、句 点、正号= 0；负号=1”的规则换算成0和1后，将这一行中原来的全部数字 加起来，以10为模计算后所得的和，校验和可以检查出90%的数据存储或 传送错误。）
位置上，地面接收天线以固定的方位角和仰角 指向卫星。
描述卫星位置的基本参数
卫星轨道报
气象卫星轨道的计算是依据APT每日预告报 （卫星轨道报），其通过世界气象网与常规气 象资料一起发放。
卫星轨道报
轨道报的分类： 1. TBUS：一些应用较广的气象卫星发布TBUS轨道报，
如美国的NOAA系列、中国的FY-1系列。这种轨道 报预报的卫星参数较多，且精度较高，称为精轨根 数。 2. TLE：美国在2000年跟踪7500个左右的人造天体， 包括人造卫星及火箭碎片等，发布近千颗卫星的轨 道报，采用两行元素轨道报，覆盖了气象卫星、海 洋卫星、地球资源卫星、教育卫星等各类应用卫星。 两行元素轨道报预报的卫星轨道参数较少，精度没 有TBUS轨道报高，称为粗轨根数，但对一般的中 小型地面站来说，精度是足够了。
卫星轨道报
TLE(Two-Line Orbital Element)轨道报(下载:/)
FENGYUN 3B
1 37214U 10059A 12111.82175232 .00000038 00000-0 38840-4 0 6050 北美防空司令部(NORAD)给的卫星编号37214，保密级别U（非保密的），
10年国际编号第59次发射，A为第一颗卫星（如有多颗用B、C等表示）， 本组轨道数据时间2012年第111.83175232日，平均运动的一阶时间导数， 平均运动的二阶时时间导数（计算每一天平均运动的变化带来的轨道漂移， 提供给轨道计算软件预测卫星的位置），BSTAR拖调制系数（计算大气阻 力），0表示美国空军空间指挥中心以外公开使用，第605组TLE报文，0 为校验和（校验和是指这一行的所有非数字字符，按照“字母、空格、句 点、正号= 0；负号=1”的规则换算成0和1后，将这一行中原来的全部数字 加起来，以10为模计算后所得的和，校验和可以检查出90%的数据存储或 传送错误。）
位置上，地面接收天线以固定的方位角和仰角 指向卫星。
描述卫星位置的基本参数
卫星轨道报
气象卫星轨道的计算是依据APT每日预告报 （卫星轨道报），其通过世界气象网与常规气 象资料一起发放。
卫星轨道报
轨道报的分类： 1. TBUS：一些应用较广的气象卫星发布TBUS轨道报，
如美国的NOAA系列、中国的FY-1系列。这种轨道 报预报的卫星参数较多，且精度较高，称为精轨根 数。 2. TLE：美国在2000年跟踪7500个左右的人造天体， 包括人造卫星及火箭碎片等，发布近千颗卫星的轨 道报，采用两行元素轨道报，覆盖了气象卫星、海 洋卫星、地球资源卫星、教育卫星等各类应用卫星。 两行元素轨道报预报的卫星轨道参数较少，精度没 有TBUS轨道报高，称为粗轨根数，但对一般的中 小型地面站来说，精度是足够了。
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瞬时视场观测点面积为△S
S
1
S
COS( )
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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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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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
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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
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）
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。
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2
Vs ( Ad f Vn EAd
)2
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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
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
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
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
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。
(, )
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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。
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
S
1
S
COS( )
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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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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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
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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
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）
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。
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2
Vs ( Ad f Vn EAd
)2
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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
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
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
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
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。
(, )
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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。
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