风云三号气象卫星数据传输体制分析

风云三号气象卫星 (FY-3) 是我国的新一代太阳同步轨道气象卫星, 其星-地数据传输体制采用了国际空间数据系统咨询委员会 (CCSDS) 推荐使用的先进在轨系统 (AOS) 规约和数据结构, 采用R-S编码和卷积编码级联的编码方式, 使用了L波段和X波段同时广播的方式。该文分析了FY-3星地数据传输体制, 将FY-3的传输体制与国外同类卫星传输体制进行了比较分析, 给出了FY-3的传输体制与风云一号 (FY-1) 的差别, 在此基础上提出了我国下一代气象卫星地面站建设的基本策略。     

高级在轨系统在风云三号气象卫星中的应用

为了满足大容量、高速率、多载荷数据的传输需要,风云三号气象卫星数据传输系统采用了空间数据系统咨询委员会CCSDS（Consultative Committee for Space Data Systems）推荐使用的高级在轨系统AOS（Advanced Orbiting System）标准,利用虚拟信道的概念,将不同速率、不同性质的载荷数据按AOS多路复用业务和位流业务两种业务处理。实际运行结果表明,采用这两种业务既可以满足卫星多种高速传输速率的要求,又可满足多载荷不同数据量、不同数据格式的传输要求。在分析CCSDS AOS协议的基础上,介绍了风云三号气象卫星所采用的数据编码格式及组帧方式。     

风云三号A极轨气象卫星及其应用

介绍我国第二代极轨气象卫星--风云三号A星的技术特点以及其空间环境监测产品为中国神舟七号发射及航天员出舱活动提供的重要气象保障.     

风云三号气象卫星系统建设与应用前景

涉及风云三号气象卫星的主要特点、发展目标和主要任务,以及卫星技术状态、产品精度要求和应用前景分析.     

"风云三号"气象卫星简介

风云三号(简称FY-3号)气象卫星是我国自行研发的第二代极轨气象卫星,它通过全球、全天候、多光谱三维定量探测手段,可获取温度、湿度、气压、云层、辐射等众多遥感数据和资料,将为天气预报、气候预测、环境监测等领域提供有效的服务。1卫星构造及姿态1.1卫星构造FY-3号气象卫星采用分层设计,自上而下依次为:有效载荷舱、服务舱和推进舱等。其中,卫星对地面有效载荷配置了地球辐射探测器、红外分光计、扫描辐射计、中分辨率成像光谱仪、微波辐射计、臭氧总量探测器、臭氧垂直分布探测器、辐射计量监测仪等。卫星的天地数据传输系统安装有两…     

新一代极轨气象卫星风云三号A星及在轨试用情况

风云三号是实现全球、全天候、三维、定量和多光谱遥感的中国第二代极轨气象卫星系列,该系列的第一颗星风云三号A星（FY-3A）是一颗试验试用卫星,已于2008年5月27日11时成功发射并转入在轨运行和测试阶段。本文在概述中国气象卫星的基础上,介绍了FY-3A卫星的主要设计指标,同第一代极轨气象卫星相比主要观测能力的改进、FY-3A地面应用系统的设计和实现、FY-3A遥感产品的设计以及遥感产品在在轨测试期间试验试用情况。     

风云三号气象卫星地面数据接收远程故障诊断系统设计及应用

以风云三号气象卫星国内外多家地面站数据接收故障排查需求为背景,基于Java 1.6,在Eclipse 3.6平台上开发了风云三号气象卫星数据接收远程故障诊断系统,分析了总体框架、构建了故障诊断规则库、阐述了工作流程。该系统可实现对分布式地面站数据接收设备运行状态的远程集中监视、通过解析设备状态报告文件触发自动故障诊断和基于规则的故障诊断,生成故障报告并导入专家经验库,支持文本和图形两种查看方式。经过业务实践检验,该系统界面友好,能够帮助知识工程师远程精准定位故障单元,有效提高了排故效率,增强了集成运行控制中心对各地面站数据接收业务的远程监管能力,对提高风云三号气象卫星及同类卫星数据接收的质量具有一定的实际意义。     

基于风云三号气象卫星微波亮温资料反演东北地区土壤湿度及其对比分析

土壤湿度在陆面过程中发挥着重要作用,是联系陆地水循环和能量循环的纽带和关键环节。遥感技术可以实时地对土壤湿度进行长期、大区域动态监测,已成为监测土壤湿度的有效手段。本文基于风云三号气象卫星（FY3B）微波亮温资料,利用基于微波能量辐射传输方程的陆面参数反演模型（LPRM）反演了中国东北地区的土壤湿度（FY3B_LPRM）。把反演获得的FY3BLRPM土壤湿度与中国气象局农业气象站土壤湿度观测资料、NCEP和ERA-Interim土壤湿度再分析资料、欧洲空间局多卫星融合ECV（Essential Climate Variable）土壤湿度产品和国家卫星气象中心FY3B官方土壤湿度产品（FY3B_offical）进行了对比分析。结果表明:（1）本文反演的FY3B土壤湿度与农业气象站观测资料有较高的一致性;卫星土壤湿度整体上呈现自西向东逐渐增加的空间变化,与农业气象站观测资料较为一致;在季节变化上,两者高度相关,在大部分地区的相关系数都达到0.7以上。（2）在大兴安岭和东北三省东部等地表相对湿润的地区,FY3B_LPRM土壤湿度与NCEP、ERA-Interim和FY3B_offical土壤湿度呈现较强的负相关;再分析资料和FY3B_offical土壤湿度均无法反映该地区土壤干湿状况的季节性变化,甚至与观测资料呈反位相变化特征。FY3B_LPRM土壤湿度与欧洲空间局研发的多卫星融合ECV土壤湿度产品在绝大多数地区有较好的一致性。本文基于风云三号极轨气象卫星微波亮温反演的土壤湿度资料,可用于干旱监测、数值同化与天气预报、水文水资源等领域。     

风云三号A星微波湿度计主探测通道辐射特性

微波湿度计装载在2008年5月27日发射升空的我国新一代极轨气象卫星风云三号A星上,完成全天候大气湿度信息的被动微波遥感探测。主探测通道中心频点位于183.31 GHz,设置有3个双边带探测通道。为保证风云三号微波湿度计在轨定量应用,研制过程中完成了地面真空试验。该文对风云三号A星微波湿度计正样产品真空试验数据进行了定量分析,数据分析结果表明:风云三号A星微波湿度计正样产品主探测频点183.31 GHz附近的3个探测通道等效噪声温差小于等于0.91 K;定标准确度优于1.05 K;真空试验过程中微波湿度计辐射定标结果稳定。风云三号A星微波湿度计发射前辐射定标特性分析结果,为仪器在轨定量应用奠定了基础。     

风云三号D气象卫星全球数据获取方法及数据分发

风云三号D气象卫星搭载10个载荷：中分辨率光谱成像仪Ⅱ、微波成像仪、微波温度计Ⅱ、微波湿度计Ⅱ、红外高光谱大气探测仪、近红外高光谱温室气体监测仪、广角极光成像仪、电离层光度计、空间环境监测器和全球导航卫星掩星探测仪。这10个载荷每天连续对地球探测,并获取数据,卫星将载荷探测数据经过实时空对地广播链路向全球用户广播;同时,通过延时空对地广播链路将全球延时数据对国内的广州、乌鲁木齐、佳木斯、喀什,北极及南极站进行数据下传,这四个国内站及两个极地站收到全球数据后,在45 min内,通过地面商用通信链路将数据传送到数据处理中心,数据处理中心对收到的数据进行汇集、分包、质量判断、预处理、产品生成等处理后,通过专线或互联网将数据发送给用户;同时,各气象、海洋及其他用户还可以通过用户利用站进行数据的接收及应用。     

风云二号02批气象卫星数据处理中心软件工程方法

数据处理中心是风云二号02批静止气象卫星地面应用系统的核心业务处理系统之一。该文描述了风云二号02批卫星的业务特征;对科研阶段研制的数据处理中心应用软件在稳定业务运行方面尚有的欠缺做出分析;根据软件工程的再工程理论,提出使用逆向工程方法,进行数据、代码、接口和文档的重构;对数据处理中心的业务流程进行构造,对业务系统进行逻辑层次的结构设计。     

用非色散红外气体分析仪进行大气CO2本底浓度的测量

按WMO关于开展全球CO2监测的要求，在对引进设备进行改进的情况下，建立了我国开展大气CO2本底浓度连续测量的红外气体分析测量系统及有关方法。系统的测量精度优于0.1ppm，完全满足全球本底测量的要求，并具有较好的国际可比性。在此基础上，首次取得了我国大陆上空大气CO2的本底浓度资料。     

东亚春季沙尘天气的卫星云图特征分析和分型

2001年春季,沙尘天气对我国北方地区产生了较大的影响,作者给出了卫星遥感监测到的沙尘过程的图像特征并对产生沙尘的天气系统进行了云图分型.最后得出沙尘天气主要发生在3种天气系统及相应的云系分布类型下.     

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。     

基于FY-3/MERSI卫星资料的霾判识方法研究

选取2015年12月25日及2016年1月18日两次覆盖湖北的重污染天气过程,利用FY-3A(B)/MERSI卫星资料和气象、环境监测资料,应用图像色彩处理技术、可见光近红外通道反射率分析等技术,开展对湖北地区霾的遥感识别研究。研究结果表明:以不同波段进行红绿蓝三通道合成时,霾可以被识别,其中以全可见光模式合成时,霾以灰白色为主,比周围的云雾区略暗;以可见光、近红外、红外三通道合成时,霾以紫色、紫灰色为主,云类识别精细;以可见光、近红外两通道增强显示合成时,霾以紫灰色为主,与晴空地表及云区差异明显,但易将由小粒子组成的薄卷云误判为霾,需通过云顶黑体亮温进行剔除。通过建立红外亮温和可见光反射率识别指标,可将霾与晴空、厚云区区分开来,但很难与低云/雾区进行有效区分,加入对有效粒子半径敏感的近红外通道反射率后,借助两者在粒子大小上的差异,可在一定程度上解决这一问题,并通过地面人工观测资料进行分析验证。     

卫星高光谱大气CO2遥感反演精度地基验证研究

利用TCCON网站提供的北半球7个地面观测站CO₂干空气混合比（XCO₂）数据,对3种卫星反演的XCO₂产品进行了验证,包括SCIAMACHY产品、NIES-GOSAT产品和ACOS-GOSAT产品。结果表明：卫星CO₂遥感反演产品与地基遥感资料具有较一致的季节性周期变化,一年中月平均浓度最高值均出现在4月和5月,最低值均出现在8月和9月;相对于地面观测,3种卫星产品均低估了XCO₂;ACOS-GOSAT产品与NIES-GOSAT产品的精度大体相当,误差标准差分别为2.26×10^-6和2.27×10^-6;SCIAMACHY产品的精度略差,误差标准差为2.91×10^-6。     

风云三号气象卫星星地数据传输X频段链路干扰协调门限研究

风云三号系列气象卫星使用8025～8400 MHz频段将卫星探测数据传输给地面,该频段还有其它系统在使用,极易干扰风云三号气象卫星星地通讯,影响数据传输。目前,在该频段开展的兼容性分析研究工作中,所采取的系统关键特性参数和干扰保护限值大多数是直接引用国际电联相关建议书,没有对被干扰系统做干扰门限的精细计算,导致协调评估结果不准确,这也给该段频谱的协调使用和精细化管理等工作留下了很多潜在隐患。研究了卫星系统集总和单入干扰门限的计算方法,并根据风云三号卫星数据传输链路实际特性参数,分别得出其长期和短期集总干扰门限,并进一步研究得到来自空间长期和短期单入干扰协调门限,以及来自地面的长期和短期单入干扰协调门限,这些门限直接应用于风云三号气象卫星的频谱兼容性研究和频率协调,提高协调效率和协调精度。     

基于FY-3/MERSI卫星资料的霾判识方法研究

受高人为排放和不利天气条件共同作用,中国秋、冬季霾事件频发,具有影响范围大、程度重、持续时间长的特点。为对离散的地面站观测形成有效补充,本研究充分利用卫星大范围监测优势,依据云、冰雪、霾、亮/暗地表散射及发射特性不同波长的依赖性,建立了基于多通道信息组合的霾区快速判识方法。通过引入空气分子散射订正,有效消除此前霾判识工作中大角度条件下的误判,极大缩小了阈值的变化范围,为霾区的自动识别奠定了基础。将该判识方法应用于中国风云三号D星（FY-3D）搭载的中分辨率光谱成像仪（MEdium-Resolution Spectral Imager,MERSI）,实现了霾区自动判识。通过与2020年10月—2021年2月秋、冬季地面气象站天气现象记录为霾以及地面环境监测站点中PM_2.5小时平均浓度大于75 μg/m³的数据进行对比,结果表明：FY-3D的霾判识结果与天气现象记录结果的一致率为91.1%,与PM_2.5表征结果的一致率为85.6%。气象观测中霾识别依靠的是大气消光能力,卫星霾判识也是通过气溶胶的消光特性来实现,因此两者特征更为一致。     

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。     

Simulationsof Aerosol Optical Properties to Top of Atmospheric Reflected Sunlight in the Near Infrared CO2 Weak Absorption Band

Over the Asian continent,high aerosol loading is critical to ensure the high accuracy of CO₂ retrieval in the near infrared absorption band.Simulations were performed to explore the effect of light path modification by aerosol son the atmospheric CO₂ near infrared band(6140-6270 cm^-1).The Vector LInearized Discrete Ordinate Radiative Transfer（VLIDORT） model and the Line-By-Line Radiative Transfer Model（LBLRTM） were used for forward calculations.The U.S.standard atmosphere was used for atmospheric profiles.The results indicate that the aerosols caused similar effects to increases in CO₂ in the planetary boundary layer and became more significant with aerosol layer rising while aerosol optical depth was 0.1.This effect will cause an over estimation of the CO₂ mixing ratio in the retrieval process and an under estimation in the aerosol layer.The results also indicate that the effect of urban and industrial aerosols is smaller than that of non-absorbing and dust aerosols because of the nearly constant absorption properties in the near infrared band.