1 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
2 国家卫星气象中心，北京 100081
3 中国科学院大学，北京 100049
云污染容易造成星基红外高光谱观测精度下降，导致大量观测信息损失。针对有云情况下的干涉式大气垂直探测仪（FY-4A/GIIRS）的观测数据，提出一种云上温度廓线反演方法。利用辐射传输模型分别开展晴空和有云情况下的观测亮温模拟实验，统计分析不同通道的模拟亮温变化特征，根据云顶气压确定通道优选方案，通过神经网络算法实现云上的温度廓线反演，温度廓线反演的精度评估采用ERA5再分析数据作为参照标准。实验结果表明均方根误差（RMSE）整体优于1.5 K，反演的温度廓线具有较高的精度，有效地提高了FY-4A/GIIRS在云污染情况下的观测资料使用率。
大气光学 风云四号气象卫星 干涉式大气垂直探测仪 云污染 温度廓线 大气遥感 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1701002
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 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
干涉式大气垂直探测仪是风云4号气象卫星的重要有效载荷, 用于获取大气的多种三维信息。成功设计了一款适用于干涉式大气垂直探测仪的红外焦平面读出电路。电路采用CTIA注入级结构, 积分电容4档可选。并且工作方式灵活, 同时采用相关双采样结构有效地降低了电路输出噪声。电路使用CSMC 0.5 μm 2P3M 5 V工艺流片, 电路测试结果符合理论设计预期, 噪声小于0.14 mV, 动态范围达到85.6 dB。耦合中波HgCdTe探测器测试正常, 噪声小于0.43 mV, 动态范围达到75.6 dB, 符合干涉式大气垂直探测仪红外焦平面要求。
干涉式大气垂直探测仪 读出电路 相关双采样 GIIRS ROIC CDS 红外与激光工程
2019, 48(7): 0704006
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学电子电气与通讯工程学院, 北京 100049
4 清华大学精密仪器系, 北京 100084
发射于2016年12月11日的风云四号卫星上搭载了国际上首台工作于静止轨道的高光谱红外大气垂直探测仪(GIIRS), 该仪器主要用于探测地球大气的温度和湿度的垂直分布和变化, 观测的数据实时同化到GRAPES全球预报系统, 首次实现了大范围、高频次针对敏感区的卫星高光谱探测和实时资料同化应用, 对目前的气象预报能力产生显著影响, 尤其对台风强度和路径的预报更加精准.本文简要介绍了风四大气垂直探测仪的测量原理和在天气预报中的应用情况, 并对未来的发展趋势给予了展望.
信息技术系统性应用 大气垂直探测仪 傅里叶高光谱探测 气象预报 systematic application of information technology atmospheric vertical sounder Fourier hyperspectral detection weather prediction
1 华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室, 上海 200241
2 华东师范大学地理科学学院, 上海 200241
3 中国气象局气象卫星用户办公室, 上海 200030
4 上海市气象局, 上海 200030
针对中国第二代静止气象卫星风云四号(FY-4A)的干涉式大气垂直探测仪(GIIRS), 从信息容量的角度, 运用分步迭代法, 以及精确型辐射传输模式LBLRTM, 进行温度探测通道优选试验。计算得到在全球范围反演温度廓线的56个优选通道以及FY-4A探测范围的58个优选通道, 所选通道自身信息容量较高, 相互之间相关性小, 可应用于大气温度廓线反演和数据同化研究。
风云四号A 干涉式大气垂直探测仪 通道优选 红外高光谱 信息容量 FY-4A interferometric atmospheric vertical detector channel selection infrared hyperspectral information content
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)
1 中国科学院大学，北京 100049
2 中国科学院红外探测与成像技术实验室，上海 200083
大气垂直探测仪在进行光谱定标或者光谱分析时，对局部光谱的光谱分辨率有较高的要求，这时需要对光谱进行细化处理。传统的光谱细化，多采用DTFT、DCT 等方法，计算量非常大，即使采用优化的CZT 算法，其计算量也是非常巨大的。随着市面上大量多核处理器的出现，使得利用多核处理器对CZT 算法进行快速并行优化成为可能。本文介绍了一种基于多核并行实现CZT 的算法并分析了算法运算量，在TMS320C6678 多核DSP 处理器上进行了验证。实验结果表明，该方法可以极大地缩短CZT 的运行时间，同时可以通过调整参数控制对底层资源的使用，为实现大点数的频谱细化提供了一种全新的解决方案。
大气垂直探测仪 光谱定标 光谱细化 多核并行 atmospheric vertical sounding instrument spectral calibration spectral refinement CZT CZT multi-core parallel
1 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
3 上海市卫星遥感与测量应用中心, 上海 201100
针对FY-4三轴稳定静止卫星上遥感器的夜间太阳入侵问题，建立了星上遥感器的太阳辐照模型，由此计算了星上任意面元的太阳入射角系数和太阳辐射.针对其上的大气垂直探测仪结合遮光罩实际设计参数，分析了扫描镜的每日太阳入射角系数、太阳辐射、太阳入侵的时刻、入侵持续时间以及接受的太阳辐照的年变化曲线，并与GOES-8(地球静止轨道环境卫星8号)实测数据作比较，验证了计算的合理性和正确性.
FY-4静止卫星 大气垂直探测仪 太阳入侵 三轴稳定 FY-4 geostationary meteorological satellite atmosphere vertical sounder solar intrusion 3-axis stabilization
1 中国科学院上海技术物理研究所,上海200083
2 中国科学院研究生院,北京100039
本文针对空间光学遥感器的太阳光照分析问题,综合考虑现有的研究技术和基础,介绍并比较了3 种常用方法的优缺点,并根据空间遥感器镜面反射与漫反射情形并存的情况,提出了一种新的计算思路,即揉合了辐射度法和光线跟踪法的光照图法。根据这个思路在VC 中建立仿真计算软件,并以FY-4 大气垂直探测仪模型为例,定量计算了其光机结构主要部件的太阳光照仿真数据。
太阳光照分析 辐射度法 光线跟踪 光照图 大气垂直探测仪 solar illumination analysis radiosity mapping ray-tracing lighting map atmosphere vertical sounder
