气象卫星资料的接收与处理.ppt

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1、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被动观测方式体积小重量轻耗能小重量重耗能大扫描仪非扫描仪照相机摄象机成像辐射仪非成像辐射仪成像非成像气象雷达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

2、给天线或记录到存储设备中二、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，常表示为光谱响应函数通常是规一化的，即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式中L（）是仪器的探测器对入射辐射的响应辐射。

3、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，即或是式中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。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N

4、EP的倒数。探测灵敏度表示单位面积为1cm2，带宽为1GHZ时的探测度，即5、信噪比信号与噪声之比，定义为式中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。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

5、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地面瞬时视场高度h焦距f大气地面图象空间瞬时视场光学系统探测器宽度W（IFOV）（GIFOV）式中瞬时视场观测点面积为△S或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

6、关系①、空间分辨率与卫星观测视场的关系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。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

7、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，

8、NE△T0.3k，而当目标物的温度为185k时NE△T1.4k3、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