气象卫星有效载荷
FY-2号(02)批静止气象卫星数据格式 [PDF](1.25MB)
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国家卫星气象中心（NSMC）
风云二号（02）批静止气象卫星数据格式
1 卫星介绍
《风云二号》C 星（简称 FY-2C）星已于 2004 年 10 月 19 日发射成功，目前卫星定点 于 105°E 赤道上空。
2 有效载荷介绍
FY-2C 卫星主要有效载荷为红外和可见光自旋扫描辐射器 VISSR，其技术指标如表 4.1 所示。
表 4.2 FY-2B S-VISSR 图像数据编排方式
红外通道 IR1
8 比特数据 水汽通道
IR2
S-VISSR 图像数据部分
6 比特数据
可见光
可见光
可见光
保留通道
通道 1
通道 2
通道 3
VIS1
VIS2
VIS3
可见光 通道 4 VIS4
FY-2 C 星的扫描辐射计光谱通道比 FY-2B 有以下变化： （1）将 10.5~12.5µm 红外通道分裂为 10.3~11.3µm 和 11.5~12.5µm 两个通道； （2）增加一个 3.5~4.0µm 的中波红外通道； （3）可见光观测谱段由 0.5-1.05µm 改为 0.55-0.90µm。 FY-2 C 星观测通道的定义如表 4.3 所示。
表 4.5 S-VISSR2.0 数据格式
同步 码
文件 段
IR1~IR3 高 8 位数据区
有效信息 图像数据段
VIS1~VIS4 数据区
IR1~IR3 低 2 位数据区
IR4
数据 区
SYN C
10000
DOC
2040 8
（8 比特）
IR1 IR2 IR3
2040 2040 2040
8
8
8
VIS1
美国极轨气象卫星的发展历程和面临的挑战
美国极轨气象卫星的发展历程和面临的挑战张定媛;高浩【期刊名称】《国际太空》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】5页(P63-67)【作者】张定媛;高浩【作者单位】中国气象局气象干部培训学院;国家卫星气象中心【正文语种】中文据美国《每日航天》2015年4月27日报道，美国鲍尔航空航天技术公司已将新一代极轨气象卫星上搭载的5个设备中的4个集成完毕，预计于2016年初开展环境试验，以确保能在2016年底按时交付，在2017年第二季度之前发射升空。
极轨气象卫星观测是获取全球范围内地球物理参数的重要手段。
1960年，美国把世界上第一颗气象卫星送入太空，开辟了以太空为观测平台获取地球大气信息的新纪元。
50多年来，美国极轨气象卫星经历了5个发展阶段，在此，对其不同阶段的进展、特点和变化进行了回顾和总结，探讨了极轨气象卫星在发展和应用上所面临的挑战。
气象卫星一般运行于极轨或地球静止轨道。
与地球静止轨道卫星和地球保持一个相对固定的位置原理不同的是，极轨气象卫星在高度为800～1000km的上空不断地环绕着接近南北两极的轨道运动，获取大范围、多品种、高精度和较高空间分辨率的资料，为数值天气预报、气候诊断和预测、环境灾害监测等提供有效的全球观测数据。
50多年来，美国极轨气象卫星经历了5个发展阶段，更新换代了4次，科技的进步促进了美国在极轨气象卫星研制和地面业务应用方面的不断进步和发展。
多年来，美国一直运行着2个独立的极轨气象卫星系统：由美国海洋和大气管理局（NOAA）管理的“极轨环境卫星”（POES）系列和由美国空军管理的“国防气象卫星计划”（DMSP）。
之后，美国的极轨气象卫星发展计划经历了将民用“极轨环境卫星”系列和军用“国防气象卫星计划”整合为军民共用的“国家极轨业务环境卫星系统”（NPOESS）,将“国家极轨业务环境卫星系统”重组为军用“国防气象卫星系统”（DWSS）和民用“联合极轨卫星系统”（JPSS）,将“国防气象卫星系统”计划取消并仅维持民用“联合极轨卫星系统”项目直至《军用气象卫星现代化可选方案》出台的复杂历程。
高分一号、高分二号卫星分辨率及技术指标
800km（4 台相机 组合）
重访周期（侧摆
时）
4天
覆盖周期（不侧
摆）
41 天
4天
高分二号
高分二号卫星是我国自主研制的首颗空间分辨优于 1 米的民用光学遥感卫星可在遥感集市平台中查 询到，搭载有两台高分辨率 1 米全色、4 米多光谱相机，具有亚米级空间分辨率、高定位精度和快速 姿态机动能力等特点，有效地提升了卫星综合观测效能，达到了国际先进水平。
GF-1 卫星轨道和姿态控制参数
参数
指标
轨道类型
太阳同步回归轨道
轨道高度
645km（标称值）
倾角
98.0506°
降交点地方时
10:30 AM
侧摆能力（滚动）
±25°，机动 25°的时间≦200s，具有应急侧摆（滚动）±35°的能力
GF-1 卫星有效载荷技术指标
参数
2m 分辨率全色/8m 分辨率 16m 分辨率多光谱
“高分一号”是我国高分辨率对地观测卫星系统重大专项(简称“高分专项”)的第一颗卫星。“高分 专项”于 2010 年 5 月全面启动，计划到 2020 年建成我国自主的陆地、大气和海洋观测系统。尽管该 “专项”主要是民用卫星，但外国专家认为，由于分辨率较高，也具备相当价值的军事用途，识别飞 机、坦克已经不成问题。
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高分一号、高分二号卫星分辨率及技术指标
高分一号
高分一号卫高分一号卫星是中国高分辨率对地观测系统的首发星，突破了高空间分辨率、多光谱与 宽覆盖相结合的光学遥感等关键技术，设计寿命 5 至 8 年。 高分辨率对地观测系统工程是《国家中长 期科学和技术发展规划纲要(2006～2020 年)》确定的 16 个重大专项之一，由国防科工局、总装备部 牵头实施。
GF-1号卫星简介及参数
1高分一号高分一号卫星是中国高分辨率对地观测系统的首发星，突破了高空间分辨率、多光谱与宽覆盖相结合的光学遥感等关键技术，设计寿命5至8年。
高分辨率对地观测系统工程是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年)》确定的16个重大专项之一，由国防科工局、总装备部牵头实施。
“高分一号”是我国高分辨率对地观测卫星系统重大专项(简称“高分专项”)的第一颗卫星。
“高分专项”于2010年5月全面启动，计划到2020年建成我国自主的陆地、大气和海洋观测系统。
尽管该“专项”主要是民用卫星，但外国专家认为，由于分辨率较高，也具备相当价值的军事用途，识别飞机、坦克已经不成问题。
GF-1卫星搭载了两台2m分辨率全色/8m分辨率多光谱相机，四台16m分辨率多光谱相机。
卫星工程突破了高空间分辨率、多光谱与高时间分辨率结合的光学遥感技术，多载荷图像拼接融合技术，高精度高稳定度姿态控制技术，5年至8年寿命高可靠卫星技术，高分辨率数据处理与应用等关键技术，对于推动我国卫星工程水平的提升，提高我国高分辨率数据自给率，具有重大战略意义。
“高分一号”的全色分辨率是2米，多光谱分辨率为8米。
它的特点是增加了高分辨率多光谱相机，该相机的性能在国内投入运行的对地观测卫星中最强。
此外，“高分一号”的宽幅多光谱相机幅宽达到了800公里，而法国发射的SPOT6卫星幅宽仅有60公里。
“高分一号”在具有类似空间分辨率的同时，可以在更短的时间内对一个地区重复拍照，其重复周期只有4天，而世界上同类卫星的重复周期大多为10余天。
可以说，“高分一号”实现了高空间分辨率和高时间分辨率的完美结合。
实际上，“高分专项”是一个非常庞大的遥感技术项目，包含至少7颗卫星和其他观测平台，分别编号为“高分一号”到“高分七号”，它们都将在2020年前发射并投入使用。
“高分一号”为光学成像遥感卫星;“高分二号”也是光学遥感卫星，但全色和多光谱分辨率都提高一倍，分别达到了1米全色和4米多光谱;“高分三号”为1米分辨率;“高分四号”为地球同步轨道上的光学卫星，全色分辨率为50米;“高分五号”不仅装有高光谱相机，而且拥有多部大气环境和成分探测设备，如可以间接测定PM2.5的气溶胶探测仪;“高分六号”的载荷性能与“高分一号”相似;“高分七号”则属于高分辨率空间立体测绘卫星。
气象卫星有效载荷技术
SSPA ）
类型 优点 行波管放大器 单级放大倍数高、带宽高、 效率高、可承受的工作环 境温度高 寿命低、非线性特性比较 差、高压电源可靠性差 固态放大器 体积小、质量轻、线性度 好、可靠性高
缺点
功率低、带宽较窄
3、极轨气象卫星 的有效载荷
极轨气象卫星
极轨气象卫星也叫太阳同步轨道气象卫 星，其轨道在地球上空800-1000公里 之间，围绕地球南北两极运行，运行周 期约115分钟，我国的风云一号气象卫 星就是极轨气象卫星。其优点是覆盖全 球，观测领域广阔。
收集资料 制作天气图
国家气象台的计算机将得到天气图，进行数值计算，得到数值 预报图。
数值预报
分析资料 天气会商 预报服务
数值预报图图
天气预报的制作过程
收集资料 制作天气图
预报员通过分析天气图和数值预报图，了解大气的未来状态， 综合分析判断后，做出未来不同时段的具体天气预报。
数值预报
分析资料 天气会商 预报服务
极轨气象卫星有效载荷的主要配置
有效载荷
成像仪器
探测仪器
空间环境 监测仪器
数据传输 系统
扫 描 辐 射 计
中 分 辨 率 成 像 光 谱 仪
微 波 成 像 仪
大 气 垂 直 探 测 仪
臭 氧 探 测 仪
地 球 辐 射 收 支 仪
高 能 粒 子 探 测 仪
辐 射 计 量 仪
可见光、红外扫描辐射计
扫描辐射计是一种光机扫描式成像遥感
地球辐射收支仪
地球辐射收支的探测是监测、研究和预测地球气候变化，进行中长期天气预报的重要手段。地球 辐射收支仪包括太阳辐照度检测仪和地球辐射探测仪两部分组成。
臭氧探测仪
臭氧层是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分，臭氧层能够吸收太阳光臭氧层阻挡紫外 线臭氧层阻挡紫外线中的波长306.3nm以下的紫外线，保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外 线的伤害。臭氧探测仪包括臭氧总量探测仪和臭氧垂直探测仪两种。臭氧总量探测仪测量大气臭 氧总量的全球分布，臭氧垂直探测仪测量星下点臭氧总量及垂直分布。
遥感-风云二号
• 风云二号系列静止气象卫星是我国第一代静止气象卫 星，计划发射5颗，即风云二号A/B/C/D/E，两颗试 验星（风云二号A/B），三颗业务星（风云二号C/D/ E）。 • 风云二号A星于1997年6月10日发射成功，风云二号 B星于2000年6月25日发射成功，姿态均为自旋稳定， 只有一个三通道扫描辐射计，设计寿命3年。从风云 二号C星起，扫描辐射计由三个通道增加到五个通道， 在性能上较风云二号A/B两星有较大的改进与提高。 风云二号C星和D星已分别于2004年10月19日和20 06年12月8日年发射。 E星与2008年 12月23日西昌 卫星发射中心用长征三号甲运载火箭成功发射。
FY-2A
• 风云二号A星是中国的第一颗自旋稳定静止气象 卫星，于1997年6月10日由长征三号火箭从西昌 发射中心发射升空。定点于东经105度的地球同 步轨道上 。主要功能是对地观测，每小时获取 一次对地观测的可见光，红外与水汽云图。
FY-2B
• 风云二号B星于2006年6月25日晚在西昌卫星发射中 心由长征三号运载火箭发射升空，并在7月3日晚成功 定位于东经105°赤道上空。 • 卫星姿态为自旋稳定，自旋速率为每分钟100±1转， 设计寿命为3年。 • 风云二号B星的最大特点是可以对观测区域实施多时 次的频繁观测，特别适合于监测生命史短而危害大的 强对流灾害天气系统的发生和发展。卫星定点于东经 105哧道上空，处于我国中部区域，主要任务是获取 可见光、红外云图和水汽分布图；收集和转发气象、 海洋、水文等环境监测资料；转发数字展宽云图，广 播天气图传真云图；监测空间环境。
FY-2C
• FY一2C气象卫星发射后经历了运载主动段、转 移轨道段、准同步轨道段和同步轨道段4个阶段， 经过5．5 d的飞行及控制，于2004年10月24 日J顷利定点于东经105。赤道上空。2005年6 月正式开始业务运行。 • C星较AB两星扫描辐射计通道由原来的3个增加 N5个，可获取白天可见光云图、昼夜红外云图和 水汽云图，收集气象、海洋、水文等观测数据， 播发展宽数字图像、低速率云图资料，监测空间 环境数据等；卫星的定量观测能力进一步增强， 可对台风、降水、海温、云层、太阳辐射、空间 粒子辐射等进行定量监测。
气象卫星有效载荷
2014年3月10日，GPM微波成像仪在日本海岸观测到的温带气旋。
是一种主动式的对地观测系统，全天时、全天候对地实施观测、 并具有一定的地表穿透能力。因此，SAR系统在灾害监测、环境监测、 海洋监测、资源勘查、农作物估产、测绘和军事等方面的应用上具有 独特的优势。
孔径越大，图像分辨率越高，不管孔径是物理的（雷达系统本身自带的 天线）还是合成的，这使得这种雷达能够以相对较小的物理天线创建高 分辨率图像。
四个分辨率
仪器类型 遥感器 扫描辐射计 （AVHRR） 成像遥感器 中分辨率成 像光谱仪 (MODIS) 微波成像仪 (AMER-E) 红外分光计 （HIRS/3） 大气探测器 微波温度计 (AMUS-A) 微波湿度计 (AMUS-B) 最高探测灵敏度 红外通道0.12k（300k） 空间分辨率
可见光近红外≥20（信噪 比，目标反射率0.5%）
X射线
产生可 见荧光
光电转换 光电倍增 光电二极管
输出信号
工作方式分类： 1、主动和被动 2、成像和非成像
光学遥感器（激光）
主动遥 感器
微波遥感器（雷达）
气象卫星 遥感
非成像遥感 被动遥 感器 成像遥感
光学遥感器（激光） 微波遥感器（雷达） 光学遥感器（激光） 微波遥感器（雷达）
可见光及红外遥感属于光学遥感，可见光遥感使用光学技术，微波遥感 则是采用无线电技术。 1、探测波段：可见光遥感探测波段范围0.38-0.76um；微波遥感探测波 段范围通常大于1mm，但其中的激光雷达波段范围在可见光与红外波段。 2、可见光遥感只能够采集地表信息，而微波却具有穿透性，能够探测 地表以下一定深度范围内的信息。 3、可见光遥感对大气状况有要求，天气因素影响大；微波遥感（高度） 则能够实现全天时、全天候探测，具有穿透云雾的能力。 4、红外既可以收集地表信息：红外成像光谱仪，也可以测量大气垂直 分布：红外分光计。
第 5 章 有效载荷
例：通信卫星的用户要求： 传多少话路、多少路电视 涉及：有效载荷、地面应用系统。 光学遥感卫星的用户要求： 地面分辨率、观测带宽度、 重复观测周期。 涉及：有效载荷、轨道、指向控制能力。
伽利略导航卫星系统计划图
空间飞行器总体设计
§5.6 导航卫星有效载荷
俄罗斯新研制的GLONASS－M导航卫星
空间飞行器总体设计
§5.6 导航卫星有效载荷
3 地球同步卫星无线电测定系统卫星有效载荷
1.光学遥感器
1）海洋水色扫描仪
中国HY－1卫星的海洋 水色扫描仪具有10个探测 波段，星下点地面分辨率 均为1100m，覆盖约1100km。
HY－1A卫星第一轨水色仪图像
空间飞行器总体设计
§5.5 海洋卫星有效载荷
1.光学遥感器
2）CCD成像仪
HY－1卫星装载的 另一台有效载荷是 4波段CCD成像仪。 其星下点地面分辨 率为250m，覆盖约 510km。
空间飞行器总体设计
§5.1 概述
3. 卫星有效载荷设计的一般技术要求
2）质量、体积、功耗及可靠性要求
一般来说，有效载荷质量减小1kg，运载火箭的起飞质量可 减小1～2t，显然减小质量对提高性能价格比是十分重要的。 由于卫星设备的不可在轨维修性，对高可靠和长寿命提出了 更高的要求。
3）必须满足与卫星平台之间的特定关系
空间飞行器总体设计
§5.4 气象卫星有效载荷
气象卫星分极地轨道和静止轨道两种。有效载荷指星上用 于气象信息获取、处理、存储及发送的设备。主要包括：遥 感器、实时信息处理器、大容量数据记录器及发射机等。
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气象卫星由卫星平台和有效载荷分系统组成。有效载荷是 直接执行特定飞行任务的任务的分系统，卫星平台是为有效载 荷提供支持和保证的各项分系统。
遥感观测仪 卫星数据收集系统
观测各种波长的辐射能量， 从X射线到微波。
通过地面设置的数据收集平 台在实地自动采集的环境数 据经卫星转发至用户
星载数据存储、传输、转发 星载仪器与应用系统地面站组成的通信信道共同把气象资料发送给各类 用户。 1、遥感数据处理、发送给中心站 2、地面处理信息通过静止卫星气象卫星转发广播 3、收集地面、海洋数据收集品台的各种数据发送给用户
气象卫星上的遥感器从可见光到红外和微波遥感、从表 面成像到大气垂直探测，无论遥感器的种类、数量还是遥感器 的性能都逐渐提高。目前运行的气象卫星都是配置了多种光学 和微波遥感器的综合对地观测卫星。
1、探测波段分类
名称 波段 探测器 1、热探测器 2.1、光电子探测器（PMT） 2.2、光电导探测器 2.3、光伏：宽带隙半导体 （SiC、GaN 和金刚石等） Si、GaAs 短波：铟镓砷 中波：锑化铟 热红外：碲镉汞 天线
静止气象卫星
气象卫星主要观测内容包括： ①卫星云图的拍摄。 ②云顶温度、云顶状况、云量和云内凝 结物相位的观测。 ③陆地表面状况的观测，如冰雪和风沙， 以及海洋表面状况的观测，如海洋表面 温度、海冰和洋流等。 ④大气中水汽总量、湿度分布、降水区 和降水量的分布。 ⑤大气中臭氧的含量及其分布。 ⑥太阳的入射辐射、地气体系对太阳辐 射的总反射率以及地气体系向太空的红 外辐射。 ⑦空间环境状况的监测，如太阳发射的 质子、α粒子和电子的通量密度。
1、气体电离探测器 2、闪烁晶体探测器 3、半导体探测器（镉锌碲）
主要由闪烁体、光的收集部件和光电转换器件组成的辐射探测器。 荧光脉冲：处于激发态的原子，要通过电子跃迁向较低的能态转化，同 时辐射出被照物质的特征X射线，这种由入射X射线激发出的特征X射线， 称为二次特征X射线（荧光X射线）此种辐射又称为荧光辐射。
红外通道0.05k（300k）
1.1km
250m，500m， 可见光红外900~1300（信 1km 噪比，1km海洋水色通道） 0.3~1.1k 0.004~3mW/（m2.sr.cm1） 0.25~1.2k 5.4~56km 18.9km（可将光近 红外） 20.3km（长波红外） 48.9km
气象卫星有效载荷技术
汇报人：
2019年01月12日
1、概论 2、有效载荷分析 3、极轨气象卫星的有效载荷
4、静止气象卫星的有效载荷
5、有效载荷的辐射定标 6、有效载荷在轨测试 7、有效载荷主要地面业务系统
气象卫星：专门用于气象观测目的的应用卫星。
卫星气象：把气象卫星作为空间观测平台，利用遥感观测仪器 探测到的遥感数据，反演成大气物理状态，生成观测图像和产 品，并将气象卫星的观测数据和产品应用于气象和环境科学工 程。
X射线
产生可 见荧光
光电转换 光电倍增 光电二极管
输出信号
工作方式分类： 1、主动和被动 2、成像和非成像
光学遥感器（激光）
主动遥 感器
微波遥感器（雷达）
气象卫星 遥感
非成像遥感 被动遥 感器 成像遥感
光学遥感器（激光） 微波遥感器（雷达） 光学遥感器（激光） 微波遥感器（雷达）
可见光及红外遥感属于光学遥感，可见光遥感使用光学技术，微波遥感 则是采用无线电技术。 1、探测波段：可见光遥感探测波段范围0.38-0.76um；微波遥感探测波 段范围通常大于1mm，但其中的激光雷达波段范围在可见光与红外波段。 2、可见光遥感只能够采集地表信息，而微波却具有穿透性，能够探测 地表以下一定深度范围内的信息。 3、可见光遥感对大气状况有要求，天气因素影响大；微波遥感（高度） 则能够实现全天时、全天候探测，具有穿透云雾的能力。 4、红外既可以收集地表信息：红外成像光谱仪，也可以测量大气垂直 分布：红外分光计。
海底 平面
光学遥感器组成框架图
微波遥感器组成框架图
大气吸收
在微波段大气吸收主要是氧（O2）和水汽（H2O）造成的，1、 水汽共振中心在22.235GHz和183.31GHz；2、氧气的共振中心在 50GHz有吸收带，在118.75GHz由吸收线。
有水汽
有水汽
主要大气红外吸收带
大气窗口
60~70
紫外探测 器 光光 学学 技遥 术感 器
0.05~0.38 （μm）
可见光 红外
0.38~0.75 （μm）
无 线 电 技 术
0.75~1000 （μm）
1mm~10m
光 伏 效 应
光 导 效 应
微波
X射线：原子中的电子在相差巨大的能级中跃迁产生的粒子流，高频 电磁波。 Γ射线：原子核能级跃迁退激时释放出的射线，是波长短于0.01埃的 电磁波。
四个分辨率
仪器类型 遥感器 扫描辐射计 （AVHRR） 成像遥感器 中分辨率成 像光谱仪 (MODIS) 微波成像仪 (AMER-E) 红外分光计 （HIRS/3） 大气探测器 微波温度计 (AMUS-A) 微波湿度计 (AMUS-B) 最高探测灵敏度 红外通道0.12k（300k） 空间分辨率
可见光近红外≥20（信噪 比，目标反射率0.5%）
分光单元
探测与信号 预处理单元
信息记录
传输单元， 电路
探 测 器 单 一
0.37~1.06k
16.3km
成像仪器
可见光扫描辐射计、成像光谱仪、 微波成像
大气垂直探测
有 效 载 荷
探测器
臭氧探测
地球辐射
反 演
空间环境监测 数据传输系统
高能粒子、辐射剂量、 表面点位
是一种光机扫描式成像遥感器，用于观测地球景象并定量 测量目标辐射量强度。
收集器
分光器
探测器
处理器
输出器
光学会聚 单元
太阳同步轨道和地球同步轨道被证明是进行卫星气象卫星。
飞行高度 650km— 1500km。倾角 大于90°，观测 宽幅3000km， 采用三轴稳定， 遥感器工作波 段从紫外到微 波。
极轨气象卫星
飞行高度约 35800km，轨 道与地球赤道 平面重合，可 以覆盖地球1/3 区域，三颗以 上全球观测。 可自旋可三轴