卫星气象学 第四章卫星云图资料的接收和处理
《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
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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
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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)。
《卫星气象》学习资料：Ch3_卫星接收的辐射与辐射在大气中的传输
bo.qian@,Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ.of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
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定义源函数（source function； J ）：
J
j k
因此，我们得到
dL
k dz
L
(z)
J
(z)
（3.1）
这就是不加任何坐标系的普遍的辐射传输方程，它是讨论 任何辐射传输过程的基础。
L ( ;,) L (0;,)e /
0
J
(
';, )e(
')/
d '
（3.6）
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（3）有限大气层顶和底处向上和向下的的辐射亮度
I (0; ,)
I (0;,)
0
I ( ; ,)
'
I ( N ; ,)
I ( ;,) I ( N ;,)
' • • •
N
bo.qian@,Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ.of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
气象卫星影像处理与应用
气象卫星影像处理与应用第一章：引言气象卫星是指在地球轨道上运行，主要用于气象探测、气象监测和气象预报的人造卫星。
气象卫星可以提供高空大范围的信息，为气象预报和自然灾害情况的监测提供了非常重要的数据。
在气象卫星中，卫星影像是最为常见的数据形式。
随着计算机图像技术的不断提升，气象卫星影像处理也在不断的完善和发展，并广泛应用于气象预报、环境监测、农业、水资源管理等领域。
本文将针对气象卫星影像处理和应用展开讲解，包括气象卫星影像处理流程、影像处理技术、气象卫星影像在气象预报、环境监测、农业、水资源管理等方面的应用。
第二章：气象卫星影像处理流程气象卫星影像处理流程主要包括数据预处理、影像增强、影像分类、遥感信息提取等步骤。
（一）数据预处理气象卫星数据采集回传的过程中，数据可能存在噪声、数据丢失和图像畸变等问题，因此需要进行数据预处理。
数据预处理包括数据空间分布均衡、运动补偿和频率域滤波等。
（二）影像增强影像增强是一种图像处理技术，在气象卫星影像处理中起到了至关重要的作用。
影像增强可以增加图像的对比度、清晰度和鲜艳度，从而更好地提供气象信息。
常见的影像增强技术包括直方图均衡化、分段线性变换、非线性拉伸等。
（三）影像分类气象卫星影像分类是指将影像中的不同部分区分出来，并标记成不同的类别。
影像分类可以提供图像中不同区域的信息，有利于气象预报和自然灾害的监测。
常用的影像分类技术包括基于像素和基于目标的分类方法。
（四）遥感信息提取遥感信息提取是指从遥感数据中提取有用的地理信息。
在气象卫星影像处理中，遥感信息提取是非常重要的，它可以提取出气象要素，如云、水汽、温度等信息。
常见的遥感信息提取方法包括图像分割、特征提取和分类等。
第三章：影像处理技术影像处理技术是气象卫星影像处理中的重要技术支撑，它包括数字图像处理技术、计算机视觉技术和机器学习技术。
（一）数字图像处理技术数字图像处理技术是指通过数字计算机进行图像处理的技术。
卫星云图
谢谢观看
可见光卫星云图利用云顶反射太阳光的原理制成，故仅能于白昼进行摄影。可见光卫星云图可显示云层覆盖 的面和厚度，比较厚的云层反射能力强，在可见光卫星云图上，会显示出亮白色，云层较薄则显示暗灰色，还可 与红外线卫星云图结合起来，做出更准确的分析。
可见光云图，是气象卫星上的扫描辐射计（早期用的是电视摄象机）用可见光通道感测并向地面站发送的卫 星云图，图上亮度明暗反映了云的反照率的强弱。可见光云图在研究云团、云系等的移动和发展方面，在监测台 风和其他天气系统的发生、发展及移动方面，均获得广泛应用，并取得较好成效。但由于云图是利用可见光波段 所拍，其亮度和色调取决于云的性质和太阳高度角，同肘夜间又拍不到，故受到一定的限制。
卫星云图是地面接受到的来自气象卫星的云况图片。按气象卫星飞行的轨道，可分为极地轨道气象卫星云图 和对地静止轨道气象卫星云图两种。前者连续的图片是不同地点上的云况；后者连续的图片代表卫星下方同一范 围云的连续情况。按气象卫星取得云况的仪器不同，可分为可见光卫星云图和红外卫星云图。
分类
红外线
可见光
红外线卫星云图利用卫星上之红外线仪器，来测量云层之温度。其中，温度低的云层会以亮白色来显示，也 就是此处的云层较高，而暗灰色的部分则代表云层高度较低，因为越接近地面的云层温度越高。简单而言，即以 云顶的不同温度来判断云层的高度。
分辨率
图像资料的分辨率高低是衡量卫星云图质量高低的一个重要指标。按照卫星上电视照相机的精度和扫描辐射 仪观测的瞬时视场大小，分成低分辨率和高分辨率云图两种。分辨率高，云中细小结构能表示出来。第三代业务 卫星的可见光和红外扫描辐射仪的分辨率都是 1.1公里。在1972年以前极轨气象卫星分辨率低，可见光和红外通 道的分辨率分别是4公里和8公里。
第二章卫星资料的获取、接收和处理
5、输出装置：
将处理好的信号送给天线发射或记录到 磁带记录器上。
二、卫星探测的分辨率
• 卫星探测仪器的分辨率是指从卫星上能区 别两个相邻物体的能力．或者是能分清两 个物体的最短距离。 • 如果两个物体间距离小于卫星探测分辨率， 则这两个物体不能被分辨。 • 表示卫星探测分辨率的参数有三个：空间 分辨率、温度分辨率（灰度分别率）和时 间分辨率。
1、空间分辨率
• 是指卫星在某时刻观测到地球的最小面积 亦即指遥感图像上能够详细区分的最小单 元的尺寸和大小，是用来表征影像分辨地 面目标细节能力的指标。 • 目前比较通俗的说法就是像元的大小，比 如TM影像是30米，Spot5的分辨率是5米或 者10米等。
IKONOS（艾科诺斯）卫星可提供高 清晰度且分辨率达1米的卫星影像
一、先进的甚高分辨率辐射计（AVHRR） 先进的甚高分辨率辐射计是第二代业务 卫星甚高分辨率辐射计（VHRR）的改进型， 一般由光学系统、探测器和信息处理系统 组成，其中光学系统有一个旋转扫描镜、 望远镜系统和后继望远镜系统组成。
先进的甚高分辨率辐射计（AVHRR）
• 甚高分辨率辐射计的改进型的主要特点是 观测的通道有五个，分别为： Ch1：0.58-0.68μm， Ch2：0.725-1.1μm， Ch3：3.55-3.93μm， Ch4：10.5-11.3μm， Ch5：11.5-12.5μm。
• 从光学仪器制造业上，本仪器具有多种先 进性可供借鉴和学习。 • 成像观测分辨率和精度较高：中分辨率成 像光谱仪有36个光谱通道，２个通道空间 分辨率高达250米，５个通道空间500米， 分别是ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ数据空间分 辨率的18倍和5倍。
第一张ＭＯＤＩＳ合成图 （由两张Terra卫星、一张Aqua卫星合成）
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。
卫星气象学第四章 卫星云图资料的接收和处理
在可见光区，灰度与电压的平方根成正比，即
C 1 2 V
（4）
1，2是由的系数最小二乘法确定
②建立反照率与电压之间的关系
若Csp，Csun是卫星观测宇宙空间和太阳时的灰度，对应的电压为
Vsp，Vsun，由于仪器设计时只允许50%的反射太阳辐射进入卫星 仪器，故反照率与电压的关系为
V=0.5（ Vsun- Vsp）A+ Vsp
在卫星云图上，如果两个相临瞬时视场的反照率或温度相同， 就无法区分它们。但是当这两个相临瞬时视场的反照率或温度有差 异，并达到一定的数值时，这两个视场就能被分辨，这个能分辨两
个相临目标物的最小反照率差值或温度差称之为灰度分辨率或温 度分辨率。
对于红外波段，通常用等效噪声温度差（NE△T）表示。 如果两个相临瞬时视场的温度差越大，则越容易区分它们， 如卷云、积雨云与地面。
②、空间分辨率与卫星观测视场的关系 卫星高度越高，在同样的瞬时视场下，观测面积大，空间 分辨率下降。 ③、空间分辨率与卫星观测视角的关系 卫星观测视角倾斜，观测面积增大，分辨率降低。
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2、温度分辨率或灰度分辨率
瞬时视场观测点面积为△S
S
1
S
COS( )
COS
1
(
)
l2 h2
S0
或
S
பைடு நூலகம்R2 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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卫星气象学课件：第四章 卫星资料的接收
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。
4卫星气象学第四章云图识别
• 识别云的判据 • 结构形式 范围大小 • 色调 暗影
边界形状 纹理
• • • • • • • • •
一、结构形式 在云图上，所谓结构型式是指目标物对光 的不同强弱的反射或其辐射的发射所形成的不 同明暗程度物像点的分布式样，这些物像点的 分布可以是有组织的，也可以是散乱的，即表 现为一定的结构型式。 卫星云图上云的结构型式有 带状、涡旋状、团状(块)、 细胞状、波状等。
• • •• • • • • • • •
③边界和暗影：与急流相联的卷云，左界整 齐光滑，在可见光云图上时常有暗影出现； ④纹理：卷层云云区均匀而光滑，只有在其 边界处出现一些短的纤维状卷云。 A-B是一条位于青藏高原 东侧以卷层云为主的云 带，其左界整齐，表明它 与高空急流相关，云系较 为均匀光滑，在它的东北 侧，卷云云层变薄，表现 出纤维状的结构。
• • • • • • • • •
三、边界形状 根据不同的边界可以判别各类物像。 云的边界形状：直线、圆形、扇形，呈气旋 性/反气旋性弯曲、整齐和不整齐。 层云和雾的边界—整齐光滑， 积云和浓积云的边界—很不整齐。 云的边界还是判断天气系统的重要依据。 如急流云系的左界整齐光滑，冷锋云带呈气旋 性弯曲等。
台 风
台 风 眼
东 北 锢 囚 气 旋
华 北 冷 涡
• • • • • • • • • •
四、色调 色调（亮度或灰度）：指卫星云图上物像 的明暗程度。 不同通道图像上的色调代表的意义不同。 可见光云图上的色调与物像的反照率、太阳高 度角有关。 云的色调与它的厚度、成分(水滴或冰粒 子性质)和表面的光滑程度有关。厚度越厚， 反照率越大，色调越白，大而厚的积雨云的色 调最白，由云的色调可以推算云的厚度。
• • • • • • •
卫星气象学课件：第四章 卫星观测仪器和观测要素及分辨率
图别
甚高分辨率云图（美）
泰罗斯－N云图（美）
流星云图（前苏联）
葵花云图（日本，全景）
葵花云图（日本，区域）
风云二号B云图（中国）
可见光
3.2 km 0.85 km
4 km 1.25 km
2.5 km 4 km
1.25 km
红外
7.2 km 0.85 km
4 km 15 km
5 km 7 km 5 km
3、时间分辨率：
指卫星对同一地区观测的时间间隔。如极轨卫星每12 小时对全球观测一次，静止卫星则每半小时对某一固定区 域进行一次观测。
4、几种分辨率之间的关系（相互制约）：
1）低的空间分辨率（较大瞬时视场）可以有较好的灰度 分辨率或温度分辨率和时间分辨率；
2）当仪器的瞬时视场和灵敏度一定时，温度分辨率和仪 器的扫描速度有关，扫描速度慢，对目标物的停留时间较 长，则能接收更多的辐射能，从而具有较高的温度分辨率。 反之，则温度分辨率降低。
辐射信息 收集转递 系统
辐射能收 集的光学 系统，包 括：光栅 ，聚焦装 置等
辐射/光 电转换系 统
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
电信号处 理和发送 系统
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
第一节 卫星观测仪器
第四章 卫星观测仪器和观测要素及分辨率
一、卫星观测仪器 二、卫星云图的图像表示和增强处理
掌握重点：卫星观测的空间分辨率、灰度（或 温度）分辨率和时间分辨率的概念及其相互关 系、卫星云图的增强处理方式
卫星观测仪器
扫描仪 光学系统 探测器
航空气象--卫星云图 ppt课件
在IR图像解释中也存在一些问题。如 （它们的温度与地表温度太相近）。
ppt课件
29
2卫星云图
ppt课件
30
2卫星云图
ppt课件
31
2卫星云图
图给出了同时刻的可见光与红外云图，图中 ，这是因在该处太阳高度角太低，
之故；相应在红外云图上E处，由于该时已是
深秋时刻，
，显现较浅的色调。
IR图中
， 。
6.暗影：积雨云云顶高，有暗影。
ppt课件
59
3卫星云图上云的识别
在卫星云图上，由于高积云单体远小于卫星仪器的分辨 率，无法将高积云与高层云区别开来，只能将高积云和 高层云统称为中云。
1.结构型式和范围大小： 中云在卫星云图上表现为
万平方公里。其型式可以是
，范围可达二万到二十
ppt课件
60
53
3卫星云图上云的识别
纹理是指云顶表面或其它物象
的判据。
如果云顶表面很 相差很小，
，表示云顶高度和厚度 具有这种特征；
如果云的纹理多 云顶高度不一，
，就明云顶表面多起伏， 具有这种特征；
如果云的纹理是
，则这种云一定是
。
ppt课件
54
A、B、C等处表现为云顶纹理不均匀，在这些地方出现
云顶凸起，常称之
ppt课件
13
1气象卫星
中国1988年9月7日发射了第一颗气象卫星—“风云
一号”
气象卫星。但由于星上元器件
发生故障，它只工作了39天。后成功发射了五颗极
轨气象卫星（风云一、三号）和三颗静止气象卫星
（风云二号）
ppt课件
14
1气象卫星
目前，我国的极轨气象卫星和静止气象卫星已经进
兰州大学《卫星气象学》第4章-美国气象卫星观测系统-2-Aqua
9
MODIS的技术指标
项目
Orbit(轨道) Scan Rate(扫描频率) Swath(测绘带宽) Telescope(望远镜)
指标
705km，降轨上午10:30过境(Terra)，升轨下午 1:30过境(Aqua)，太阳同步，近极地圆轨道 20.3 rpm，与轨道垂直 2330km(cross track)×10km(along track) 直径17.78cm
整个大气柱中水汽含量的全球探测
《卫星气象学》电子课件（第一版）
19
44种产品：按照4个专题 （2/4：陆地）
陆地产品 MOD 09 MOD 11 MOD 12 MOD 13 MOD 14 MOD 15 MOD 16 MOD 17 MOD 43 MOD 44 增补-1 /dataproducts.asp； / Surface Reflectance Land Surface Temperature & Emissivity Land Cover/Land Cover Change Gridded Vegetation Indices Thermail Anomalies, Fires & Biomass Burning Leaf Area Index & FPAR Evapotranspiration Net Photosynthesis and Primary Productivity Surface Reflectance BRDF Vegetation Cover Conversion 地表反射 陆地表层温度与发射 土地覆盖/土地覆盖变化 栅格化植被指数 热异常、火、生物燃烧 叶面积指数、光合活性分量 蒸腾与蒸散 净光合与初级生产力 地面二向性反射 植被覆盖转化 土壤、森林、草地百分比
卫星复习
第一、二章1. 简述卫星气象学的主要内容。
卫星气象学是利用气象卫星探测各种气象要素，并将资料应用于大气科学的学科。
1) 研究60km 以下大气中各种气象要素的获取和应用。
2) 研究大气目标物、云和地表辐射光谱特性及电磁辐射在大气中的传输规律。
3) 寻找从卫星探测和获取大气中主要气象要素和大气现象的理论与方法。
4) 气象卫星资料的接收、处理和分发、数据管理和存储、质量控制。
5) 气象卫星资料直接在天气预报、大气科学研究中的应用。
2. 简述气象卫星遥感的分类和特点。
分类:○1按工作方式划分: 主动遥感和被动遥感 ○2按电磁波谱段划分:(1) 紫外遥感 (2) 可见光遥感 (3) 红外遥感 (4) 微波遥感 ○3按探测对象划分: 大气、海洋、农业、地质 ○4按信息形式划分: 图像方式和非图像方式 特点:○1轨道固定 ○2超大范围 (1) 极轨卫星：高度850km, 东-西范围3000km(2) 静止卫星：高度36000km,范围1.7×108km²○3自上而下 ○4遥感方式 ○5应用面广 3. 名词解释：倾角、星下点、截距、轨道数。
倾角：卫星轨道平面与赤道平面之间的夹角星下点：卫星与地球中心的连线在地球表面上的交点，星下点在地球表面上运动轨迹称为星下点轨迹截距：卫星绕地球旋转一周后，地球相对卫星转过的度数，及两个升交点之间的度数差轨道数：卫星从第一个升交点到以后任何一个升交点环绕地球运行一圈的数目4. 简述开普勒卫星运动三定律。
(1)开普勒第一定律：卫星运动的轨道是一个圆锥截线，该截线的一个焦点与地球的质心相重合。
(2)开普勒第二定律：卫星的地心向径，即地球质心与卫星质心间的距离向量，在相同的时间内所扫过的面积相等。
(3)开普勒第三定律：卫星运行周期的平方，与轨道椭圆长半径的立方成正比且为一常量，而该常量等于地球引力常数GM 的倒数。
5. 简述第一、第二、第三宇宙速度。
第一宇宙速度：1 实现圆轨道的条件和环绕速度当卫星的入轨速度使离心力等于地球引力时:第二宇宙速度：实现椭圆轨道的条件和环绕速度 当卫星的入轨速度使离心力大于地球引力时，即a →∞，由卫星活力公式得：第三宇宙速度：实现双曲线轨道的条件和环绕速度若卫星的离心力大于太阳的引力，卫星脱离太阳系进入银河系的速度为 6. 简述卫星轨道的分类。
雷达与卫星气象学
雷达与卫星气象学第一部分第一章一、我国天气雷达的频率范围1．S波段天气雷达的频率范围在2700MHz-2900MHz；C波段天气雷达的频率范围在5300MHz-5500MHz；X波段天气雷达的频率范围在8000MHz-12500MHz；2．CINRAD-SA\CINRAD-SB\CINRAD-CB分别属于哪个波段。
二、天气雷达原理及组成：1．常规天气雷达：天气雷达间歇性地向空中发射电磁波（称为脉冲式电磁波），它以近于直线的路径和接近光波的速度在大气中传播，在传播的路径上，若遇到了气象目标物，脉冲电磁波被气象目标物散射，其中散射返回雷达的电磁波（称为回波信号，也称为后向散射），在荧光屏上显示出气象目标的空间位置等的特征。
2．多普勒天气雷达：当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。
根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。
同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。
所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。
3．天气雷达组成：主要由天线、馈线、伺服、发射机、接收机、信号处理、产品生成、显示终端等组成。
天线：发射/接收电磁波；馈线：传导电磁波；伺服：天线等的运转；发射机：产生电磁波；接收机：接收处理电磁波信号处理：处理回波信息；产品生成：根据算法，生成应用产品/控制雷达；显示终端：显示产品、控制雷达4．新一代天气雷达的基本结构：主要由三大系统组成：RDA—雷达数据采集子系统；RPG—雷达产品生成子系统；PUP—主用户终端子系统。
5．RDA主要结构：天伺系统、发射机、接收机、信号处理；主要功能是产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基本数据——反射率因子、平均径向速度和径向速度谱宽。
气象卫星图象识别和运用
MT-SAT 于 2005 年 2 月 发 射升空。左图
为 2005 年 4 月
12日北京时间 19时红外云图。
四 、气象卫星-观测内容
– 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。 – 太阳的入射辐射、地气体系对太阳辐射的总反射率以
FY-2C， 2004年10月19日成功发射，是我国的第一颗 业务型静止气象卫星，目前在轨业务运行。
FY-2C: 5通道可见光红外扫描辐射计
FY-2D， 2006年12月8日成功发射。
FY-2C 于 2004 年 10 月 发 射 升 空。右图为 2004 年 11 月 20 日 北 京 时 间 11 时 至 11 时 25 分 多通道合成图。
可见光云图和红外云图的比较
可见光云图上物象的色调决定于其返照率和太阳高度角, 红外云图上物象的色调决定于它的温度,所以这两种云图,有一 些外貌上相差很大,但也有些十分相似.
可见光云图与红外云图的比较图表
FY2-C星几种云图的分辨率
• 可见光图： 1.25公里 • 红外云图: 5 公里， • 水汽云图: 5 公里
可以获得云层以下的大气垂直温度分布和云中 的含水量。 气象观测专用系统还包括卫星所载的磁带机等数 据存贮装置和数据传输设备。
风云1号气象卫星
二 、气象卫星-发展史
• 1958年美国发射的人造卫星开始携带气象仪器，
1960年4月1日，美国首先发射了第一颗人造试验 气象卫星，成功地用电视摄像机拍摄了清晰的台 风云图。截止到1990年底，在30年的时间内，全 世界共发射了116颗气象卫星，已经形成了一个全 球性的气象卫星网。
湖北河海科技风云4号FY-4气象卫星云图接收处理系统
公司简介——服务创造价值创新成就未来——河海科技——中国气象卫星遥感技术领导品牌，领先的气象科技产品与业务平台解决方案供应商。
河海科技致力于民航气象业务系统建设等众多领域的研究和开发，为民航气象部门提供全面专业的业务平台解决方案，是国内同行业研发实力最强、产品线最完善、系统最稳定可靠，服务响应最迅速、客户满意度最高、市场占有率最大的民航气象领域高新技术企业之一。
自1998年3月成立近20年以来，河海科技通过不断的技术创新和发展壮大，公司已通过软件企业认定和软件产品登记，获得ISO9001质量管理体系认证、CMMI 3级软件企业成熟度国际认证，具有政府颁发的高新技术企业证书，拥有二十多项软件产品自主知识产权（著作权）专利，公司的研发成果多次获得省部级、多项厅局级科技进步奖和优秀软件产品奖。
河海科技坚持“服务创造价值，创新成就未来”的经营理念，坚持以客户为中心，以市场为导向，以科技创新为动力，不断跟踪国内外先进技术动态，持续投入新产品的研发，以雄厚的研发实力和运营团队为后盾，将创新作为第一生产力，恪守对客户、员工与社会的承诺。
河海科技胸怀远大的理想，不断为中国气象事业的发展贡献自己的力量。
一、产品概述风云4号（FY-4）气象卫星是我国新一代地球同步轨道气象卫星，装载多种观测仪器，包括多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪、闪电成像仪和空间环境监测仪器等。
河海FY-4气象卫星云图接收处理系统主要用于接收和处理FY-4气象卫星所观测的高分辨率数字化资料，24小时自动接收处理辐射计14个通道、垂直探测仪和闪电成像仪的数据，整个系统由天线、馈源、高频放大器及下变频器、FY-4云图数据接收机、数据处理计算机和河海FY-4气象卫星云图接收处理软件等组成，提供包括云和大气产品、地表类产品、天气产品、辐射产品等多种产品。
河海FY-4气象卫星云图接收处理系统符合民用航空静止气象卫星资料处理系统技术规范（编号：AP-117-TM-2016-01）。
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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。
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
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。
3、等效噪声温度差NE△T
②、空间分辨率与卫星观测视场的关系 卫星高度越高，在同样的瞬时视场下，观测面积大，空间 分辨率下降。 ③、空间分辨率与卫星观测视角的关系 卫星观测视角倾斜，观测面积增大，分辨率降低。
2、温度分辨率或灰度分辨率
在卫星云图上，如果两个相临瞬时视场的反照率或温度相同， 就无法区分它们。但是当这两个相临瞬时视场的反照率或温度有差 异，并达到一定的数值时，这两个视场就能被分辨，这个能分辨两
S
1
S
COS( )
1
COS (
)
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
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
瞬时视场（IFOV）
IFOV =2tan-1（W/2f）
W/f 地面瞬时视场（GIFOV）
GIFOV =2htan[IFOV/2]
=Wx（W/f）
=W/m 式中m是放大倍数
m=f/h
探测器宽度W 光学系统
瞬时视场 （IFOV）
地面瞬时视场 （GIFOV）
焦距f 图象空间
高度h 大气 地面
瞬时视场观测点面积为△S
个相临目标物的最小反照率差值或温度差称之为灰度分辨率或温 度分辨率。
对于红外波段，通常用等效噪声温度差（NE△T）表示。 如果两个相临瞬时视场的温度差越大，则越容易区分它们， 如卷云、积雨云与地面。
红外云图的分辨率还与目标物的温度有关，如目标物的
温度为300k时，NE△T0.3k，而当目标物的温度为185k时
瞬时视场：从卫星到观测地表面积之间构成的空间立 体角。
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。
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
d0=hxL
为了识别地面目标物的细微特征，卫星探测空间分辨率要高，这 就要求卫星观测时的瞬时视场要小，但这样一来，进入卫星仪器的辐 射能减小，可能造成探测仪器没有响应，不能达到探测目的。因此，
为了提高空间分辨率，要提高仪器的灵敏度。对一定仪器的探 测灵敏度瞬时视场不能任意地小。一般VIS波段的辐射能远大 于IR，因此在同样瞬时视场情况下，在VIS波段探测的空间分 辨率大于IR波段探测的空间分辨率。
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。
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
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
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
1
D
D(Ad f
1
)2
Vs ( Ad f Vn EAd
)2
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。
三、卫星探测的分辨率
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。 空间分辨率也可以用卫 星的瞬时视场角 表示，单位为弧度。
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
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
NE△T1.4k
3、时间分辨率
指卫星对同一地区观测的时间间隔。其与卫星的 扫描速率、扫描区域和选用的卫星轨道有关。
4、空间、灰度/温度、时间分辨率之间的关系
空间分辨率、灰度/温度分辨率、时间分辨率三者 是相互制约的。
低的空间分辨率，即较大的瞬时视场可以换取较 好的灰度/温度分辨率、时间分辨率。
当仪器的瞬时视场和灵敏度一定时，温度分辨率 与仪器的扫描速度有关，仪器的扫描速度慢时，对目 标物停留的时间长，就能接收到更多的辐射能，从而 具有较高的温度分辨率，反之若要提高卫星的观测速 度，必然会牺牲温度分辨率。
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