我国新一代极轨气象卫星(风云三号)_工程地面应用系统

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行作业时间 表,自动发往计算机与 网络系 统的业务 调 度系统和国 内外 卫星 地面 站。 各 站按 时间 表 接收 获 取 FY-3 卫星资料,国内 站将接收 到的 CCSDS 数据 包 按虚拟通 道( VCID1 ~VCID5) 分离, 国外 站按 卫星 信 道( HRPT、DPT、MPT) 分别通 过广 域网链 路送 到 CNS 系统。 CNS 系统自动启动 作业调度流程, 首先对各 站 资料进行去 重复处理和质量控 制,然后启 动预处理 和 产品生成系 统进行数据预处理 ,生 成各类定量产品。
我国新一代极轨气象卫星( 风云三号) 工程地面应用系统
卢乃锰, 董超华, 杨忠东, 施进明, 张 鹏
(国 家 卫 星 气 象 中 心,北 京 100081)
[ 摘要] 风云三号气象卫星是实现全球、全天候、多 光谱、三维、定量遥感 的我国第 二代极轨 气象卫星 系列, 已成为世界气象组织在亚洲的重要业务卫星,为提 高我国气 象卫星在 世界气象 组织卫星 观测系统 中的地位 奠定了重要的基础,世界气象组织已将 风云三号 气象卫星 纳入世界 气象卫星 全球观测 业务序列。 依 靠我国 自主力量设计与建设的新一代极轨气象卫星 风云三号 地面应用 系统首次 利用海内 外接收站 网实现了 上、下 午星全球资料的高时效获取,首次利用国产卫星实现了大气三维探测,实现了 臭氧和辐射收 支等探测的高精 度处理,突破了卫星资料定量反演、数值预报同化应用以及气候应用等核心技术。 [ 关键词] 风云三号;多光谱;三维;定量遥感 [ 中图分类号] P414.4 [ 文献标识码] A [文章编号] 1009 -1742(2012)09 -0010 -10
风云三 号气 象卫星 地面 应用系 统承 担着对 风云 三号 卫星及 国外 同类卫 星的 数据接 收、处 理、产 品生 成、资 料存 档分发 与应 用,以 及卫星 长期 业务运 行管 理的 任务。 系统 功 能完 整 、技 术 先 进、 响应 快 速 、运 行可 靠,其 规模和 复杂 程度与 美国 和欧洲 相当 ,代表 着国 际气象 卫星 地面系 统的 最高水 平。 风云三 号气 象卫 星地面 应用 系统 具 备 了 为天 气 预 报,特 别是 数 值天 气预报 提供 全球范 围气 象参数 、监测 全球 天气 、 气候、 自然灾 害和 生 态 环境 的 变 化、 监 测全 球 冰 、雪 覆盖 和臭氧 分布 的能力 。 风 云三号 气象 卫星地 面应 用系 统工作 流程 示意见 图 1。
仪器 各类 2 级产品 的生 产流 程,定 时调度 日、候 、旬、 月 3 级 产品 的生 产 流 程。 通 过上 述 流 程,按 时效 要 求自 动处理 出各 类遥感 产品 。
为提高 时效 ,业 务调 度 系 统 针对 不 同 数 据特 点 制订 不同的 数据 处理流 程和 策略。 中分 辨光谱 成像 仪和 扫描辐 射计 两个仪 器的 数据 按 5 min 切 割 成数 据段 ,采用 多个 5 min 数 据段 并行 处理 的方 式, 使之 在卫 星过境 10 min 之 内 完 成 中 国 区 域 的 1 级 中 间 产品 处理,15 min 后 生 成 相 应 的 反 演 产 品, 经 过 质 量检 查提供 分发 服务 。 全球 范围 250 m 高分辨 率的 产品 按经纬 度切 割 成 10 °×1 0 °的分 区 产 品 ,降 低 了单 个数据 文件 的容量 。 3 .3 数据预 处理 与产品 生成
地面 应用系 统实 现了完 全自 动化 运行调 度。 在 数据 处理 与服务 中 心,业 务调 度 系 统 根据 接 收 时间 表,每天制 订出 产 品处 理 的 计 划流 程 。 一 旦 接 收到 各地 面站 的原始 资 料,调 度系 统 立 即 启动 数 据 质量 优选 、解码 处理 和预处 理流 程,高 时效 地生产 1 级产 品。 在 1 级产品 的 基础 上 ,调 度 系 统 根据 计 算 机系 统的 负载 情况和 预 定的 处 理 控 制关 系 ,并 行 调 度各
风云 三号气 象卫 星地面 系统 分 01 和 02 批 两批 次建 设,2005 年 11 月 ,枟 风云 三 号气 象 卫星 01 批应 用系 统一 期工程 可 行性 研 究报 告 枠获 得 了国 家 发改 委和 财政 部的 批准 。 一期 工 程 主 要完 成 数 据接 收 、 运行 控制 、资料 预处 理 、计 算 机 与网 络 、仿 真 与 技术 支持 等技 术系统 的 主线 业 务 工 程建 设 任 务;完 成主 要地 面站 的征地 和 建设 ;完成 基 本 业 务产 品 软 件研 制开 发和 相应产 品 的质 量 检 验 工作 ;完成 气 象 主线 业务 监测 服务软 件 和部 分 示 范 软件 研 制 开 发;完成 数据 存档 和服务 系 统建 设 ;完 成 二 级 区域 站 和 用户 站及 少量 示范站 建设 。 二期 工程 主要 任务包 括完 善
( CNS) 、 数据 存 档与 服 务 分 系统 ( ARSS ) 、 监测 分 析 服务 分系 统 ( MAS ) 、 应 用 示 范 分 系 统 ( UDS ) 、 仿 真 与技 术支 持 分 系 统 ( STSS ) 共 10 个 技 术 分 系 统 组 成。 风云三 号卫 星地面 应用 系统组 成见 图 3。
星数 据处 理与服 务 中 心 (见 图 2),整 个地 面 系 统由 数据 接收 分系统 ( DAS) 、运 行控 制分系 统( OCS ) 、数 据预 处理 分系 统 ( DPPS) 、产 品 生 成 分 系 统 ( PGS ) 、 产品 质量 检验 分系 统 ( QCS) 、 计 算 机 与网 络 分 系统
26 个,以 取代可 见光 红外 扫描 辐 射计 。 除 具 备 臭氧 总量 和垂直 探测 能 力 外,还 可探 测 微 量 气体 。 增 加 风场 测 量雷 达 、GPS /MET 掩 星 探 测 仪、 近 红外 高 光 谱温 室气体 监测 仪以获 取海 面风场 和大 气成分 。
3 风云三号地面应用系统
图 1 风云三号气象卫星地面应用系统工作流程示意图 Fig.1 Flow chart of FY-3 ground segment
3 .1 系统 布局与 组成 风云 三号气 象 卫星 地 面 应 用系 统 包 括 北京 、广
州、 乌鲁木 齐、佳 木 斯、 瑞 典基 律 纳 五 个地 面 数 据接 收站 和位 于国家 卫星 气象中 心的 一个 国家级 气象 卫
图 2 中 用圆圈 表示 各个 地面站 的实 时资料 接收 覆盖 范围,虚 线 表 示 卫 星 降 轨 (即 卫 星 由 北 向 南 跨 越赤 道) 观 测的轨 道,实 线表 示 卫 星升 轨 ( 即 卫 星由 南向 北跨越 赤道 )观测 的轨道 。
2012 年第 14 卷第 9 期 11
图 2 风云三号卫星国内外接收站布局及 高时效接收卫星轨道数据示意图
风云三 号数 据预处 理分 系统根 据卫 星轨道 和姿
态参 数以及 星上 遥测 数 据,结 合 各个 载 荷 的 定标 参 数完 成对不 同谱 段、不同 扫 描 方 式遥 感 载 荷 数据 的 定标 和定位 处理 。 在 此 基 础 上,产品 生 成 分 系统 处 理,生 成覆 盖中国 和全 球区域 的各 类遥感 产品 ,及时 向各 级用户 提供 多层次 、多级 别的 高时效 、高精 度图 像和 定量产 品。
第二 代 极轨 气 象卫 星 共 计划 发 射 6 颗,其 中目 前在 轨运 行的 0 1 批两 颗星 ( FY-3 A /3B) 为试 验应 用 卫星 ;未来 将 要 发 射 的 02 批 4 颗 星 ( FY-3 C /D /E / F) 为业 务 应 用 卫 星 , 预 计 使 用 到 2022 年。 考 虑 到 0 2 批是 业务应 用星 以及 01 批 两 颗星 的 实际 应 用情 况,02 批 安排 上、下 午双 星运 行, 增 加观 测 频 次。 对 主要 应用 于气象 业 务 的 仪器 ,上 、 下午 星 上 均安 装 , 对其 他应 用目的 的仪 器则分 别安 装在 上午或 下午 卫 星上 。 对 个别仪 器 则适 当 增 加 光谱 通 道,微 波 温度 计由 01 批的 4 个 通道 增 加到 13 个, 以 提高 垂 直探 测分 辨率 ,微 波 湿 度 计 由 01 批 的 5 个 通 道 增 加 到 1 5 个,以 增加 水汽探 测能 力。 地 球辐 射 探测 仪 增加 了长 波红 外通 道,以提 高 辐 射 收支 计 算 精 度。 个别 仪器 在 02 批中逐 步实 现更新 换代 ,干涉 式红 外大气 探测 仪器 将取代 红外 分光计 ,以 提高垂 直探 测能力 。 中分 辨率 光 谱 成 像 仪 由 01 批 的 20 个 通 道 增 加 到
1 前言
风云 三号气 象卫 星的发 展始 于 1990 年,国 家气 象局 向国 家航天 领 导小 组 呈送 了 “关 于 将风 云 三号 列入 国家 航 天 计 划 的 请 示” ,明 确 提 出 新 一 代极 轨 气象 卫星 风 云 三 号 系 列 的 发 展 规 划。 1999 年国 务 院批 准 我 国 新 一 代 气 象 卫 星 及 其 应 用 发 展 计 划 。 2 000 年 国务 院批 准了 风云 三号 气象 卫星 立项 ( 国办 2 211 号) ,风云 三号地 面应 用系统 建设 启动 。
风云 三号 气 象 卫星 02 批 计划 发 展高 光 谱大 气 探测 能力, 开展温 室气 体星载 探测 ,风云 三号气 象卫 星应 用系统 的工 程建设 在总 体方案 统一 设计的 前提 下实 施,最 终建立 一个 完善的 地面 应用系 统,实 现满 足我 国新一 代极 轨业务 卫星 的总体 目标 。
Fig.2 Layout of FY-3 ground stations with the indication of HRPT receiving range
图 3 风云三号气象卫星地面应用系统组成 Fig.3 Components of FY-3 ground segment
3 .2 作业 调度控 制 地面应用系 统的 运行 控制 系ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 每天 定时 生成 运
[ 收 稿 日期 ] 2012 -06 -25 [ 作 者 简介 ] 卢 乃 锰 (1963 — ),男 ,北 京 市 人 ,研 究 员 ,研 究 方 向 为 卫 星 气 象 和气 象 卫 星 ;E -ma il:lunm @ cma .go v.c n
10 中国工程科学
发。 风云 三号 A /B 星 的发 射与 应用 ,标 志着 中 国气 象卫 星及 应用步 入了 一个崭 新的 历史 阶段 [1 ~3] 。
2 风云三号气象卫星的概述
风云三 号 气 象 卫 星 是 实 现 全 球、全 天 候、多 光 谱、三 维、定 量 遥 感 的 我 国 第 二 代 极 轨 气 象 卫 星 系 列。 2008 年 5 月 27 日 , 风 云 三 号 首 发 星———风 云 三号 A 星 发 射 成 功。 2010 年 11 月 5 日, 第 二颗 卫 星风 云三号 B 星 也 发射 升 空。 风 云 三 号 A /B 星 携 带了 1 1 台遥 感仪 器,除可 见光 红外 扫描辐 射计 和空 间环 境监测 器是 继承 性 仪 器 外,其余 均 为 新 研制 开
数据 接收、 运行控 制、资 料预 处理、 存档和 服务 、计算 机与 网络、仿真与 技 术支 持 等 技 术系 统 全 部 建设 任 务;完 成产 品生成 、质量 检验 、监测 分析服 务、应 用示 范技 术等系 统建 设任 务 ;根 据 技 术系 统 的 要 求扩 充 建设 计算机 网络 存储 支 撑 系 统、完善 建 设 数 据处 理 与服 务中心 和地 面站基 础设 施等。
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