气象卫星资料的接收与处理(ppt 83页)
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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。
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
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。
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
1
D(Adf)2
Vs(Adf)2 VnEAd
5、信噪比 信号与噪声之比，定义为
SNEN S 0EN(EI)(d)
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 E Ad
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
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。
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
ห้องสมุดไป่ตู้
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
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
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
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
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。
(,)
光谱响应函数通常是规一化的，即
(,)d1 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()0 (,)L()d
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
四、卫星探测仪器的标定
将卫星观测到的辐射值与仪器的输出建立对应关 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
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
S 1 S
COS()
1
l2
COS()
h2
S0
或
SR h22sin2C siO n2S()S0
式中
sin1[(Rh)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
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。
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
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。
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
1
D(Adf)2
Vs(Adf)2 VnEAd
5、信噪比 信号与噪声之比，定义为
SNEN S 0EN(EI)(d)
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 E Ad
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
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。
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
ห้องสมุดไป่ตู้
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
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
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
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
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。
(,)
光谱响应函数通常是规一化的，即
(,)d1 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()0 (,)L()d
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
四、卫星探测仪器的标定
将卫星观测到的辐射值与仪器的输出建立对应关 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
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
S 1 S
COS()
1
l2
COS()
h2
S0
或
SR h22sin2C siO n2S()S0
式中
sin1[(Rh)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