R(
C 1
2
1 Vsp ) G
（3）
辐射与温度之间的关系由普郎克公式确定。
VISSR仪器灰度、温度、电压、能量之间的转换关系
电压V 电压V-辐射E 灰度-电压
Vsh Vi
能量R（TE）
R
O
Csh
Ci
Csp
灰度
辐射-温度
温度Ti
VISSR定标曲线
2、可见光校正 ①建立灰度与电压之间的关系
PC-Based卫星资料接收系统
HRPT Receiving and Processing System
Dome LNA
Down-converter
Receiver/ Interface
Antenna Driver and Controller
Computer RS-232
GEO Sat MDUS hardware
式中A是反照率。
（5）
③建立反照率与灰度之间的关系
由（4），（5）式消去V得
A [
Hale Waihona Puke (C 1 ) 2 22
Vsp ] (
0.5 ) Vsun Vsp
VSSR可见光通道电压、灰度、反照率间的关系曲线，显然灰 度与电压之间呈二次曲线关系。
电压V 电压-反照率 灰度-电压
Vsun Vi
南
140rad
140rad
140rad
1050 rad 4rad
+
140 rad
在用红外视场
+
备用红外视场
VIS：1000，13376，1.25km IR：2500，6688， 5km
4个在用可见 光视场 35rad
4个备用可见 光视场
可见光红外自旋辐射计（VISSR）扫描和视场配置
VISSR观测种类及资料处理
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。
卫星探测仪器的标定
目的：为卫星观测值的定量计算提供参考标准。 参考源：仪器内部黑体(for IR & MW bands)； 高反射率的沙漠(for VIS band)； 宇宙空间(for both)
EOS—PM EOS—Color （水色） EOS—Aero （气溶胶） EOS—ALT （测高） EOS— Chem (化学)
全球环境监测 全球海洋水色监测 全球气溶胶监测 海面/海冰/陆地拓朴 全球大气化学成份监测
扫描镜
第三节 静止 卫星观测仪器
次级镜
初 级 镜
光导纤 维
一、可见、红外自旋 扫描辐射仪（VISSR）
第四章 卫星的观测及其资 料的接收和预处理
4.1 气象卫星观测
卫 星 观 测 地 球 大 气 的 方 式 主 动 式
被 动 式
重量重 耗能大
气象雷达 成 像 仪 照相机 摄像机 扫描式 非扫描式 辐 射 仪 成像辐射仪 非成像辐射仪 成像非成像
体积小 重量轻 耗能小
一、卫星观测仪器
扫描仪 光学系统
第四节 卫星资料的接收系统
一、卫星资料的发送和接收 1、卫星资料的发送 （1）观测资料实时发送 （2）观测资料存储发送(极轨卫星） 2、卫星资料的接收 卫星地面接收站有两种： 一是指令接收站 二是图片接收站，分为高分 辨率接收站 HRPT和低分辨率自动接收站 APT
Image abroad with FY-1D
4、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 率的改变化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。 5、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NEP的倒数。 1 D NEP 探测灵敏度表示单位面积为1cm2，带宽为 1GHZ时的探 1 2 1 V ( A f ) 测度，即 s d 2
大气层垂直温度测 量 测量大气中水汽、 地表冰雪、海岸线、 水等 洋面风速、陆表湿 度、水汽含水量、 冰雪覆盖、云中含 水量和降水强度等 地球表面和大气、 散射、反射辐射能 温度
SSMIS-专用成像探 DMSP-5D3 50300 MHZ 测仪 MIRM多谱段微波 辐射计 METOP、 EOS 85.5 GHZ （6）
三、微波探测单元（MSU） 四、改进的微波探测单元（AMSU）
五、SSM/T、 SSM/T2、 SSM/I和MIMR微波成像仪
仪器名称 安装星体 通道数 分辨率 应 用
SSM/T-专用微波测 DMSP5DF4 温仪 SSM/T2-专用微波 测湿仪 SSM/I-专用微波成 像仪 DMSP F12、14、 15 DMSP-5D F8 50GHZ （7） 204Km 183.3 GHZ （5） 85.5 GHZ （7） 50— 100Km 12— 50Km 25— 75Km 1-1.5K
D D( Ad f )
Vn EAd
三、卫星探测的分辨率
卫星能区分两个相临物体的能力。表征卫星探测分辨率的 参数有三个：空间分辨率、灰度分辨率和时间分辨率。 1、空间分辨率 指卫星在某一时刻观测地球的最小面积。 从卫星到观测地表面积之间构成的空间立体角称做瞬 时视场，卫星的瞬时视场决定了卫星的空间分辨率。
1、观测方式 （1）定时观测：30分钟；1小时；3小时 （2）连续观测 （3）特殊观测 2、扫描方式 （1）全帧扫描 （2）可变帧扫描 （3）单线变帧扫描 （4）快速正扫描 3、静止卫星资料的一次处理 （1）一次处理内容：编制各种文件；对VISSR校正； 进行图象变换、图象参数。 （2）图象预处理：消除畸变、加网格、坐标变换；亮 度或灰度变换。
50 反照率%
Ai
Csp
Ci
Csun 63 灰度（计数值）
VSSR可见光定标曲线
第二节
极轨卫星观测仪器
次级镜 初级镜 滤光片
旋转镜 主轴 45 °
冷 却 剂
斩波器
卫星前进方向
滤光片 初级镜
感 应 元 件
来自地球大气的辐射
一、改进的甚高分辨率辐射计（AVHRR）
二、高分辨率红外探测器（HIRS）
二、多光谱自旋扫描仪
风云-2号上安装的仪器。VIS，IR，WV。
三、 VISSR大气探测器(VISSR/VAS)
安装在GOES4—7上探测地表—40hpa大气参数。
四、GOES I-M图象仪
类似AVHRR，5个VIS通道，4个IR通道。
五、GOES I-M探测仪
类似HIRS/2，19个通道，探测地表、水汽、温度。
定标遮板 补偿透镜 滤光器
光 见 倍 增 管 HgCaTe 探测器
辐射致冷器
地球静止卫星观测
依靠卫星自转从西向东对 地球张角 20°全圆面扫描 北 自北向南扫描镜对地球张角 20°步进扫描， 计2500步，需时25分钟 备用红外 视场 红外视场（0.14 mrx0.14mr） 4个备用可见光瞬时视场 4个可见光视场（0.035mrx 0.035mr） 扫描方向（东） 39rad 35rad 31rad
将处理 好的信 号发送 给天线 或记录 到存储 设备中
卫星的空间扫描方式
(a)单个探测器线扫描
卫星轨道方向 垂直轨道方向
(b)多探测器扫描
卫星轨道方向
(a)
(b)
(c)
(d)
(C)线性阵列探测器前推式扫描
(d)圆锥扫描
二、卫星仪器的技术参数
1、响应度和光谱响应函数 响应度：是指每单位输入功率的探测器的输出大小， 即为输出信号电压与入射功率之比。 Vs R EAd
压为
V
Vsh Vsp L(Te )
R Vsp GR Vsp
（2）
式中
L (Te )

2
1
B ( , Te ) ( ) d

2
( ) d
其中是比辐射率，（）是仪器响应函数，G=（Vsh-Vsp）/L（Te）。
③建立辐射与灰度之间的关系
根据（1），（2）得：
六、平流层探测单元（SSU） 安装在NIMBUS-6上，探测25-50Km的温度，三通道。 七、太阳后向散射紫外辐射计（SBUV/2）
SBUV/2由两个仪器组成：单色仪和云量辐射计分别用于测量 紫外太阳辐照度和云量。 目的：通过测量紫外谱段的后向紫外辐射估算臭氧分布。 安装在TIROS-N和NOAA-9、11上，由总臭氧含量成像光谱仪 （ TOMS）和太阳后向散射紫外辐射计（ SBUV/1）发展而来。
E是辐照度，Ad是探测器面积。 卫星在一定波长间隔内进行测量时，其响应度会随着 波长的变化而变化，这种随波长变化的辐射响应称之 为光谱响应函数。
2、信噪比 信号与噪声之比，定义为
E ( ) d S SNE 0 NEI ( ) N
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。
=2h*tan[IFOV/2]
≈h*IFOV ------ 星下点分辨率
地面瞬时视场 GIFOV
地面
3)卫星斜视时的地面分辨率
l R sin sin
l ' S 2 S h
2
2、灰度分辨率或温度分辨率
在红外云图或可见光云图上，如果相邻两个邻接瞬时
视场的反照率或温度相同，其色调也相同，这就会无法区
分它们。但是是当这两个瞬时视场内目标物的温度或反照 率有差异，并达到一定数值时，这两个视场就能被分辨， 这个能被分辨的最小温度差或反照率差值称为灰度分辨率 或温度分辨率。
64级=26, 256级=28, 1024级=210
3、时间分辨率
指卫星对同一地区观测的时间间隔，与卫星的
扫描速率、扫描区域和选用的卫星轨道有关。在卫 星云图上指，平均在一个象素上的凝视时间。