FY-3A中分辨率光谱成像仪图像地理定位方法

风云三号A星 (FY-3A) 中分辨率光谱成像仪 (MERSI) 采用45°镜旋转扫描,形成垂直于卫星飞行轨迹的360°连续圆周扫描方式,多元探测器并扫的技术。该研究依据这种扫描特性,给出了适用于FY-3A MERSI遥感图像地理定位的方法;定义了完善的坐标系及坐标系转换关系,根据MERSI观测几何、卫星空间位置和姿态、仪器空间位置和指向建立了探测器像元观测矢量与地面位置之间关系的模型;通过地形校正消除地形起伏带来的定位误差;在FY-3A地面应用系统中业务运行的同时,通过一定数量的地面控制点分析,将定位误差等效为遥感仪器安装误差,修正了MERSI的仪器指向角度。实验结果表明,使用该方法对MERSI遥感图像地理定位精度达到250 m像元级,满足MERSI图像的高精度定位要求。     

用北极星标定雷达及经纬仪方位的方法

在进行高空气象探测中 ,70 1测风雷达和经纬仪是非常重要的探测设备 ,它的标定是否精确直接影响探测资料的“三性”要求。目前《高空气象探测手册》中提出的标定方法为 :分别在 2 1、2 4、3、6时等几个时刻 ,观测北极星的实际方位 ,然后求其平均值进行订正。这样做既麻烦 ,又不够精确 ,它的最大误差可达 0 .5°左右。北极星为一恒星 ,地球绕地轴旋转 ,地球地轴与北极星之间约 1°的偏角。因此 ,1ｄ之内 ,北极星位置发生变化的最大偏差 (即东大距与西大距之差 )约为 2°。　　北极星的年变化非常小 ,月变化和日变化就更小。据查天文年历 ,这…     

基于GNSS的空间环境参数反演平台及精度评估

基于全球和区域全球导航卫星系统（GNSS）参考站网进行对流层和电离层参数反演实现空间环境变化监测具有成本低、精度高、实时性好等优点,得到了广泛应用.本文基于南京信息工程大学的北斗/GNSS空间环境监测平台Xsensing,以国际GNSS服务组织提供的对流层产品为参考,评估了不同气象条件下对流层参数反演精度,在此基础上采用固定非差模糊度的精密单点定位技术（PPP）实现高精度电离层参数反演.实验结果表明,基于全球参考站的对流层估计误差偏差为0.05 mm,对应的标准差为5.6 mm,在平稳和剧烈的气象条件下均能反映水汽变化趋势特征.基于短基线进行电离层延迟反演精度评估,结果表明浮点解PPP反演电离层延迟误差的平均偏差为-0.09 TECU,精度为0.38 TECU,采用非差模糊度固定技术对电离层延迟提取精度提高达84.2％;静态模拟动态解算模式下电离层估计精度与静态相当.上述结果表明该平台可实现高精度空间环境参数反演,下一步将融合机载、船载等多种平台观测实现中小尺度空间变化监测.     

捷联/天文/多普勒组合导航技术,在舰船导航中的应用

为了提高舰船组合导航精度与可靠性,针对其特殊应用场合,将天文导航系统提供的位置和姿态信息、多普勒速度声纳提供的舰船速度信息与捷联导航系统进行信息融合,分析了捷联惯性导航系统、天文导航系统和多普勒导航系统的原理,分别建立了组合导航系统信息融合状态方程和量测方程,并对组合导航系统进行了系统仿真实验,实验结果表明,模糊自适应Kalman滤波器收敛速度快,具有一定的容错能力,在天文辅助捷联组合导航系统中可以有效地提高水面舰船组合导航系统的精度.     

高精度温度采集系统设计

针对高精度温度采集的需求,设计了一个以低功耗单片机MSP430F149作为核心处理器,以PT100铂电阻为传感器的温度采集系统。为了提高系统的复用性,采用精密电阻法,从硬件设计上消除了恒流源电流漂移以及A/D转换电路参考电压精度对温度测量数据的影响。重点描述了系统设计方案,详细说明了恒流源选择的原则、电流偏差的消除以及AD7792转换器的操作步骤。实验结果表明,温度测量精度优于0.1 ℃。对比试验表明,系统稳定性良好,已应用于业务产品中。     

雷达回波大地坐标的参考定位计算方法

随着现代空间技术发展和国家大地坐标系CGCS2000的全面启用,精确的点位坐标得到了广泛地应用。库长小于百米的高分辨率天气雷达的业务化应用,提高了回波点位表达的准确性要求。在本研究中,定义了雷达“参考定位球”,利用CGCS2000的三维地心坐标,在参考定位球和地球椭球体之间建立数学联系,通过大地坐标、参考坐标和雷达观测坐标之间的相互转换,实现了雷达回波大地坐标的精确计算。在此基础上对目前普遍采用的地球圆球体近似方法进行了误差分析:其误差以水平偏离为主,偏离程度与雷达观测坐标和雷达纬度位置有关,高纬度雷达和低纬度雷达的偏离程度要大于中纬度雷达;最大偏离随距离增加而增加,探测距离50~400 km的最大偏离与探测距离之比在2‰~5‰之间,一般情况下可忽略,在坐标精度要求较高时需要考虑误差带来的影响。     

基于深度图像目标检测的智能台风涡旋识别技术

基于2005—2020年的中国气象局台风最佳路径数据集以及葵花(Himawari)8和风云(FY)卫星云图数据,首先将卫星原始数据转换为FULLDISK灰度图像作为台风涡旋识别技术的图像来源,并制定新的VOC (Visual Object Classes)标注规范,构建了样本标注数据集。利用运行速度快、识别准确率高的人工智能领域经典目标检测SSD(Single Shot MultiBox Detector)模型作为台风涡旋识别的基础模型,并针对台风涡旋识别的独特性,特别是弱涡旋识别困难,提出一种迭代的SSD目标检测模型,明显提高了台风涡旋的识别精度。通过目标检测技术对卫星云图进行智能特征分析、抽取、识别和定位,实现了自动涡旋正确识别和定位,最终建立了智能台风涡旋识别技术。测试结果显示:该技术对强热带风暴级以下强度台风涡旋正确识别率为40%~80%,对强热带风暴级及以上强度台风涡旋正确识别率达90%以上,能够精准识别强台风级及以上强度涡旋,该技术为今后业务利用高时空分辨率卫星图像对台风进行实时精密监测提供了技术支撑。      

附加相位延迟到弯曲角反演过程中的误差传递模型

为了研究全球卫星导航定位系统无线电掩星探测中的误差传递过程,文中讨论了掩星探测中附加相位延迟到弯曲角的反演过程中,附加相位延迟随机误差对反演弯曲角误差的影响。在对全球卫星导航定位系统和低轨道卫星进行精密定轨的情况下,忽略轨道误差对反演结果的影响,将轨道参数视为常数,考虑附加相位延迟△L存在随机误差δ△L时对反演弯曲角α带来的弯曲角误差δα。利用EGOPS仿真软件,采用数值模拟的方法模拟了无电离层影响的大气附加相位延迟数据,利用CHAMP真实轨道数据,MSIS-90大气模型和全三维射线追踪器进行前向建模,从中选取了一个掩星事件对误差传递模型进行了验证。结果表明:附加相位延迟的变化会给弯曲角的反演带来相应的误差:当随机误差为5 cm左右时,反演的弯曲角误差在±0.2 mrad范围内;当随机误差为1 cm左右时,反演的弯曲角误差在±4μrad范围内;当随机误差为1 mm左右时,反演的弯曲角误差在±40μrad范围内。最后从模拟的掩星事件中随机抽取了20个掩星事件进行统计分析,给出了20个掩星事件存在1 cm附加相位延迟测量误差引起弯曲角误差的均值误差,其误差特性虽略大于个例研究结果,但与模型完全吻合,反演的弯曲角误差也在±40μrad范围内,进一步验证了模型的准确性。     

参考大气谱方法在国家气象中心谱模式上的应用

参考大气引入中期谱模式，能有效地减少截谱误差，提高预报精度。文章主要叙述了参考大气在国家气象中心业务预报谱模式上的进一步发展。计算结果表明，引入参考大气后，T63预报质量和降水的TS评分均有一定程度的提高。     

极轨气象卫星自动地标导航方法

该文实现了一种极轨气象卫星的自动地标导航方法。地标导航能够纠正由于姿态而引起的定位误差。首先根据当前轨道遥感卫星图像中海洋、陆地、河流等地物特征能量的概率分布情况,利用全球模板,建立地标库,然后通过最大相关系数方法计算地标偏移量,从而获得姿态偏差,之后利用计算得到的姿态偏差对遥感卫星图像重新导航,获得地理定位结果。利用FY-1D扫描辐射计的遥感数据对方法进行检验,结果表明:该文所提出的自动地标导航方法可以有效纠正由姿态而引起的定位误差,达到像素级的定位精度。该方法能够突破传统地标导航方法需要丰富的遥感卫星历史资料的限制,拓展传统地标导航方法的适应范围。该方法已在我国2008年5月发射的新一代极轨气象卫星FY-3号上得到应用,并将在下一代静止轨道气象卫星FY-4号上进一步开发。     

风云四号静止轨道气象卫星成像仪典型观测区域设计

风云四号气象卫星是我国新一代静止轨道气象卫星,采用三轴稳定姿态控制方式,极大地提高对地观测精度及观测频次,同时也对有效载荷观测模式的灵活设计提出了更高要求。星上装载的静止轨道辐射成像仪是我国静止轨道气象卫星携带的同类仪器中最为先进的。利用最先进的观测仪器,提高观测效率,在气象服务中发挥更大的作用是气象卫星应用的根本。深入探讨了风云四号静止轨道气象卫星成像仪的工作模式,首次针对不同的观测需求提出了灵活的成像仪观测区域设计方案,有效满足典型区域的不同观测需求,在成像仪在轨测试中发挥了重要作用,为开展业务运行奠定了坚实的基础。     

FY-3B/VIRR海表温度算法改进及精度评估

该文介绍了卫星观测海表温度 (SST) 算法的发展历程,给出了所用SST算法的回归模型,并在FY-3B/VIRR业务SST算法的基础上进行了改进。基于NOAA-19/AVHRR匹配数据集,进行多算法建模分析及精度评估,白天最优算法为非线性SST (NL) 算法,夜间最优算法为三通道SST (TC) 算法,最优算法的确定与NESDIS/STAR一致。建立2012年8月—2013年3月FY-3B/VIRR匹配数据集,并在此基础上进行多算法回归建模及精度评估,白天和夜间的最优均为NL算法,分析发现夜间TC算法采用匹配数据集版本2(MDB_V2) 时,3.7 μm通道存在类似百叶窗的条带现象。以2012年10—12月FY-3B/VIRR匹配数据集计算回归系数,以2013年1—3月独立样本进行精度评估,与浮标SST相比,NL算法白天和夜间的均方根误差分别为0.41℃和0.43℃。与日平均最优插值海温 (OISST) 相比,NL算法白天和夜间的均方根误差分别为1.45℃和1.5℃; 选择与OISST偏差在2℃以内的样本,NL算法白天和夜间均方根误差分别为0.82℃和0.84℃。     

区域扫描模式下风云二号气象卫星姿态求解方法

针对风云二号气象卫星区域扫描模式下姿态求解问题,提出了分别基于区域观测图像、姿态预报和粗-精姿态关系模型3种不同的卫星姿态求解方法,并分析了它们的适用条件。利用FY-2E卫星获取的2013年7月8—14日的图像进行模拟分析,姿态计算结果表明:利用基于区域观测图像方法求解的姿态对区域观测云图进行定位,误差保持在2.5个红外像元以内,该方法适用于连续区域观测情况;利用基于预报的姿态求解方法对未来24 h内区域观测云图进行定位,平均误差达到1个红外像元,该方法适用于临时启动区域观测时前24 h的区域云图定位。利用粗-精姿态关系模型方法求解的姿态对区域观测云图进行定位,最大误差为4.9个红外像元,前24 h平均误差为3.6个红外像元,该方法可以在无精姿态数据时对区域观测图像进行应急定位。     

风云二号卫星地球观域修正算法

风云二号静止气象卫星在获取图像时, 必须使扫描辐射计的观域对准地球。卫星在轨道上受到各种摄动力的作用, 使轨道和姿态改变, 扫描辐射计的地球观域随之发生变化。卫星扫描辐射计对地球观域的偏差会影响图像定位的精度, 因此对准观域的工作是日常业务工作的一部分, 不仅在卫星定点之初启动观测时, 而且在业务运行的过程中, 都需要通过地面遥控指令进行修正。该文提出了一种风云二号静止气象卫星扫描辐射计地球观域修正量和调整方向的算法, 以替代人工目测卫星原始云图进行的卫星观域调整控制决策。这种算法的实施可以提高风云二号气象卫星云图获取作业的可靠性。     

FY-4A辐射产品在贵州山区的检验与订正

本文利用2018年3月12日—2019年2月28日近一年(2018年春季—冬季)贵州山区（从江、三穗、桐梓、贵阳、紫云、兴仁、威宁7站）地面太阳辐照度观测资料对FY-4A反演辐照度进行检验与订正分析。结果表明：（1）卫星反演辐照度取值范围比地面观测小,整体而言反演辐照度偏高,晴空条件下反演精度远高于云条件,正午偏差最小,下午偏差最大。（2）卫星反演辐照度与地面观测辐照度具有较为一致的日变化和季节变化,两者呈显著正相关,相关系数随海拔高度呈负相关。（3）平均偏差往往随着地面观测的增大而减小,当地面观测辐照度大于800 W?m-2时,反演辐照度往往偏小。（4）对地面观测辐照度进行阈值划后,用多元线性回归方法对反演辐照度订正,订正后的产品在贵州具有较好的适用性。     

FY-4A辐射产品在贵州山区的检验与订正

本文利用2018年3月12日—2019年2月28日近一年(2018年春季—冬季)贵州山区（从江、三穗、桐梓、贵阳、紫云、兴仁、威宁7站）地面太阳辐照度观测资料对FY-4A反演辐照度进行检验与订正分析。结果表明：（1）卫星反演辐照度取值范围比地面观测小,整体而言反演辐照度偏高,晴空条件下反演精度远高于云条件,正午偏差最小,下午偏差最大。（2）卫星反演辐照度与地面观测辐照度具有较为一致的日变化和季节变化,两者呈显著正相关,相关系数随海拔高度呈负相关。（3）平均偏差往往随着地面观测的增大而减小,当地面观测辐照度大于800 W?m-2时,反演辐照度往往偏小。（4）对地面观测辐照度进行阈值划后,用多元线性回归方法对反演辐照度订正,订正后的产品在贵州具有较好的适用性。     

应用FY-1D气象卫星监测雾

简要介绍了FY-1D气象卫星的特点。利用典型的FY-1D资料,通过直方图分析法,探讨了雾在FY-1D不同通道的光谱特征。分析结果表明,可见光通道1和红外通道4是FY-1D卫星监测雾的代表通道。通道1图像上,雾的反照率在20%～48%之间,且纹理均匀,顶部光滑,边缘清晰,而通道4图像上,雾的亮温在272～289K之间,与地表温差不超过6K。     

THE FIRST METEOROLOGICAL SATELLITE OF CHINA——FENGYUN-Ⅰ

At 0430 Beijing summer Time 7 September 1988,the first Chinese meteorological satellite.named Fengyun-1(FY-1 meaning observing the wind and clouds in the atmosphere) was launched into the near-polar sun-synchronous orbit successfully at the Taiyuan Satellite Launching Center,Shanxi Province by Long March-4 launching vehicle which was developed by the Ministry of Aeronautics and Astronautics.FY-1 satellite is a hexahedron of 1.4m×1.4m×1.2m (Fig.1).The attitude of satellite is three-axis. stabilized.The satellite at an altitude of 900 km operates around the earth 14 passes per day with a period of 102.86 min.The main instruments aboard the satellite are two Advanced Very High Resolution Radsometer (AVHRR) and Space Environmental Monitor.Table 1 gives the major specifications of AVHRR.     

FY-3A微波资料在“莫拉克”台风预报中的同化试验

我国新一代极轨气象卫星FY-3A于2008年5月26日发射成功,携带的微波垂直探测仪与NOAA系列卫星的ATOVS性能相似。为研究微波垂直探测仪资料在台风数值预报中的作用,实现我国FY-3A卫星的微波探测资料的直接同化,达到改进台风预报的目的,利用FY-3A微波探测资料,以WRF-3DVar系统为基础,针对2009年第8号台风"莫拉克"路径和强度预报,开展数值预报直接同化技术研究。试验结果表明,直接同化FY-3A微波资料对数值模式初始场改进要优于仅仅同化常规观测资料,对缺乏观测资料的海洋上改进尤为明显,模式初始场更加合理地反映海上台风环流形势以及温湿条件,海上台风的模式初始位置也得到了校正;经过FY-3A微波资料三维变分直接同化后,区域中尺度模式对台风路径预报效果具有积极的改善作用。     

FY-3 IRAS水汽通道亮温正演精度改进方法

卫星大气探测仪器的正演模拟是卫星资料同化和定量遥感的基础, 同CO₂吸收通道相比, 目前红外水汽探测通道的亮温正演模拟误差较大。利用国际上通用的TIGR (thermodynamic initial guess retrieval database) 43廓线库作为训练样本, NESDIS (national environment satellite, data and information service) 35廓线库作为独立检验样本, 对水汽廓线按照整层大气水汽总量为阈值进行分组训练, 基于RTTOV (radiative transfer for TOVS) 模型训练获得风云三号气象卫星红外分光计的正演回归系数并模拟计算观测亮温。以0.045 kg·m-2作阈值进行分组训练为例, 结果表明:该方法可有效改进水汽通道亮温的正演精度, 特别是对低水汽含量廓线的模拟精度改进比较明显, 最大可达0.17 K。进一步分析表明:分组训练方法改进水汽通道辐射模拟精度的原因是提高了水汽光学厚度的计算精度。