1 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏 南京 210044
3 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/ 国家卫星气象中心（国家空间天气监测预警中心），北京 100081
4 许健民气象卫星创新中心，北京 100081
5 中国科学院空间利用技术与工程中心，北京 100094
各种天气现象的变化都伴随着云的运动，气象卫星获取的连续卫星云图含大量的时空序列信息，即连续卫星云图具有显著的时序特征，可作为云图预测的基本信息。云图预测本质上是一种处理云图时空序列特性的视频预测问题，为了准确预测云的位置变化，针对云的不稳定、非线性运动特性，基于CrevNet视频预测模型提出SmartCrevNet云图预测算法。在该算法中设计了一种时空注意力门控循环预测单元（STA-GRU），同时在CrevNet原有的双向自编码模块中引入轻量型注意力模块（SGE），可在不增加计算量的情况下增强云图语义信息，提高特征提取能力。将该算法分别在公共数据集MovingMNIST数据集及FY-4A卫星云图数据集上进行实验，结果表明，在FY-4A卫星云图数据集和MovingMNIST数据集上，SmartCrevNet的均方误差（MSE）分别比CrevNet降低了7.3%和6.1%，结构相似性（SSIM）分别提升了7.9%和1.2%，预测效果优于CrevNet和传统的视频预测算法。
遥感 云图预测 FY-4A卫星 门控循环单元 轻量型注意力模块 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2401001
1 中国科学院红外探测与成像技术实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
3 中国科学院空间应用工程与技术中心太空应用重点实验室，北京 100094
4 中国科学院大学，北京 100049
傅里叶变换高光谱仪器在定量化遥感领域展现出极大的优势，非线性校正是保证在轨辐射定标精度不可缺少的过程。针对搭载于风云四号静止轨道干涉式红外探测仪（FY-4/GIIRS）运行轨道受日晒分布不均匀、仪器环境温度日变化剧烈的特点，推导出一种基于仪器光谱响应率修正的非线性校正算法，通过测量一组标准参考辐射源光谱量化值和光谱响应率，拟合得到光谱响应率一次项修正系数。在仪器环境温度变化后，利用一次项修正系数、黑体观测光谱值和黑体观测光谱响应率重新计算光谱响应率常数项修正系数，就可以得到任意仪器环境温度下的仪器非线性校正系数。经仪器发射前地面热真空（TVAC）定标试验数据验证，该算法简单有效，在各试验环境温度工况下，对180~320 K观测范围内的辐射定标精度均有明显的提高。
红外探测 辐射定标 非线性校正 傅里叶变换光谱仪 高光谱 infrared detection radiometric calibration nonlinearity correction FTIR hyper spectrum
1 中国科学院空间应用工程与技术中心太空应用重点实验室,北京 100094
2 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外探测与成像重点实验室,上海 200083
3 国家卫星气象中心,北京 100081
干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)是风云四号 A星(FY-4A)的三大主载荷之一,其主要功能是实现大气温度和湿度参数的垂直结构观测.为了满足卫星数据定量化应用的要求, FY-4A星成功发射之后,围绕 GIIRS开展了一系列的在轨定标和性能评价工作.评价结果表明: 除部分通道受到有机挥发物的影响, 85%的通道灵敏度优于设计指标; 利用大气辐射传输模式,通过比较观测光谱与模拟光谱的均方根误差来确定激光有效采样频率,实现了 GIIRS在轨光谱定标,精度达到 10 ppm; 利用星上面源黑体,考虑到非理想干涉图的相位影响,采用改进后的两点式外黑体定标法,实现了星上在轨辐射定标,长波和中波的平均亮温偏差均小于 1K,优于设计指标.
风云四号卫星 干涉式大气垂直探测仪 在轨定标 性能评价 FY-4 meteorological satellite Geostationary Interferometric Infrared Sounder(GII calibration validation
1 中国科学院空间应用工程与技术中心太空应用重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 国家卫星气象中心, 北京 100080
风云四号A星上搭载的干涉式大气垂直探测仪的核心是一台红外傅里叶光谱仪,为了提高探测仪观测资料的定量化应用水平,必须对其进行精确的在轨光谱定标。对于傅里叶光谱仪来说,光谱位置由干涉图的采样点数和参考激光频率共同决定,因此光谱定标的关键是确保参考激光频率的稳定性。本研究利用逐线积分辐射传输模式得到参考大气吸收谱线,通过比较探测仪观测光谱与参考光谱的均方根误差来确定激光的有效采样频率,从而实现探测仪的在轨高精度光谱定标。该方法已应用于风云四号A星上搭载的干涉式大气垂直探测仪的在轨光谱定标中,具有较高的应用价值。
傅里叶光学 傅里叶光谱仪 光谱定标 激光采样频率 风云四号A星
风云四号卫星发射后, 开展了卫星在轨评价工作.采用刃边法对太阳反射通道进行在轨MTF评价, 结果表明, 多通道扫描辐射成像仪各反射通道在轨MTF分别达到了0.14、0.17和0.22以上, 符合仪器指标要求; 利用面源黑体对红外通道噪声进行评价, 结果表明多通道扫描辐射成像仪性能稳定, 噪声大小只与辐冷温度有关, 目标温度300 K时主要红外通道噪声优于0.2 K, 最优通道达到了0.06 K; 为准确检验红外定标精度, 采用GSICS方法对红外通道业务定标结果进行检验, GSICS检验显示定标精度优于1 K, 最优通道达到了0.3 K@290 K.为充分发挥多通道扫描辐射成像仪多通道联合应用效能, 根据多通道扫描辐射成像仪反射通道的响应特点, 在没有符合人眼红绿蓝响应通道的情况下, 提出了新的真彩色图像合成方法, 生成了符合人眼效果的真彩色明显.
静止轨道成像仪 在轨评价 调制传递函数 定标与检验 真彩色图像 geostationary imager on-orbit test modulation transform function calibration and validation RGB image
1 国家卫星气象中心, 北京 100081
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外探测与成像重点实验室, 上海 200083
风云四号A星干涉式大气垂直探测仪在轨运行以来发现, 受噪声、采样误差、条纹计数错误等影响, 干涉图零光程点会发生定位偏差.干涉条纹平移引起的相位误差与波数成线性关系, 对残余相位进行线性回归分析可以得到零光程差位置的偏移量.利用在轨实测数据, 应用残余相位方法, 分析了零光程点定位偏差校正前后对相位谱及辐射光谱的影响.该方法已经应用于风云四号A星干涉式大气垂直探测仪的在轨数据预处理中, 并取得了很好的应用效果.
风云四号A星 干涉式大气垂直探测仪 干涉图 零光程差 FY-4A geostationary interferometric infrared sounder (GI interferogram zero path difference (ZPD)
将月球作为热发射波段定标参考源, 在无需月表发射率和温度信息条件下, 通过引入UDER参数, 建立了不同热发射波段观测辐亮度间定量关系, 并导出了新的波段间交叉定标方法.同时, 利用FY-2E卫星多波段月球观测结果, 以辐射精度较高的热红外波段为基准, 在无星载全光路黑体情况下, 初步实现了水汽波段在轨高精度辐射定标, 且在200～220 K低温区间内的定标精度平均提高约3.5 K, 并显著改善了云分类等定量产品的性能.
月球观测 在轨定标 水汽波段 lunar observation on-orbit calibration water-vapor band UDER UDER
中国科学院,安徽光学精密机械研究所,大气光学中心,安徽,合肥,230031
着重讨论了不同参数对室内传输通道热晕效应的影响.数值计算的结果表明:对于理想光束,即使在10 kW的激光功率情况下,传输距离大于25 m,吸收系数大于0.013 km-1时,就需要考虑室内传输通道热晕效应对光束质量的影响.随着吸收系数的增大,传输距离的加长,激光功率的提高,通道内热晕效应的影响越来越严重,应采取一定的措施来减小室内传输通道热晕效应.
热晕效应 室内传输通道 衍射极限 光束质量 Thermal blooming Channel transmission Diffraction limit Beam quality
中国科学院,安徽光学精密机械研究所,大气光学实验室,安徽,合肥230031
讨论了高能激光在室内传输通道内的数值模型及其算法.由于室内没有强迫对流(即静风,没有光束扫描),必须考虑热传导和浮力对流的作用.通过比较不考虑室内影响及同时考虑室内室外影响的两种结果发现:室内的热效应会使发射光束产生附加相位畸变,使焦平面光斑质量下降,如发射功率为10kW时,考虑室内影响时的环围能量半径是不考虑室内影响的3.1倍,Strehl比是其40%.
热晕 数值模拟 浮力对流 Thermal blooming Numerical simulation Natural convection
