1 中国科学院大学，北京 100049
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技术重点实验室，上海 200083
北极航道海冰运动的准确预测对于保证航行安全、评估航道可通行性和动态修正航线具有重要的指导意义。传统的光流法无法满足海冰运动预测任务中“时空预测+语义分割”的要求。为此，基于MERSI-Ⅱ影像制作了海冰运动数据集SeaiceMoving，提出了一种基于Multiloss-SAM-ConvLSTM的海冰运动预测算法，该算法在SAM-ConvLSTM的基础上引入加权的FDWloss，强化了各节点空间语义的获取。针对样本分布不平衡，讨论了后端分割阈值的偏移效应，通过网格搜索确定最佳分割阈值，提高了海冰整体预测结果。实验结果表明，该方法的Kappa系数为0.75，IOU为0.61，Dice系数为0.76，相较于SAM-ConvLSTM，分别提高了0.1、0.12和0.1，对运动后海冰的位置预测和形状提取能力均有提升，减少了海冰“黏连”的情况。此外，该算法对薄云干扰下的海冰运动依然具备良好的预测能力，可以为北极航线的动态规划和航线修正提供较为准确的技术支撑。
北极航道 风云三号卫星 独立海冰 Multiloss-SAM-ConvLSTM 运动预测 Arctic route FY-3 satellite independent sea ice Multiloss-SAM-ConvLSTM motion prediction
1 中国科学院大学，北京 100049
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技术重点实验室，上海 200083
基于风云三号卫星MERSI-Ⅱ影像的特性，提出了一种基于U-ASPP-Net的独立海冰分割算法，该算法在U-Net的基础上引入了空洞空间金字塔池化模块和空洞深度可分离卷积，构建了新型独立海冰分割网络U-ASPP-Net，并在网络后端将FDWloss作为损失函数，最后利用重叠消边策略生成最终的独立海冰分割图。为验证U-ASPP-Net的准确性与有效性，选取U-Net、Deeplab v3+和分区梯度差分与双峰阈值分割法作为对照方法进行实验，实验结果表明，基于U-ASPP-Net的独立海冰精细化分割方法在OA、Kappa系数、IOU、Dice系数四种指标上均优于其他方法，对细节与边缘的提取能力较强，对极小块海冰的还原度较高。此外，算法在一定程度上能够解决基于中分辨率遥感影像提取独立海冰时无法解决的薄云干扰问题，对薄云下的海冰依然具有良好的提取能力，能够为北极航线的动态规划提供较为准确的技术支持。
北极航线 风云三号卫星 独立海冰 U-ASPP-Net 精细化分割 arctic route FY-3 satellite independent sea ice U-ASPP-Net refined segmentation
1 空间电子信息技术研究院, 陕西 西安 710100
2 国家卫星气象中心, 北京 100081
利用主成分分析法(Principal Components Analysis，PCA)分析了风云三号D星微波温度计(Microwave Temperature Sounder，MWTS)观测数据中条带噪声的分布特征，描述了存在条带噪声的主要模态。基于集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD)方法对存在条带噪声的模态所对应的时间系数进行了分解并滤波。通过重构观测亮温实现了对条带噪声的抑制。在定性验证条带噪声抑制效果的基础上，通过将观测亮温与模态亮温进行比较来定量评估条带噪声抑制后的数据精度。统计结果表明，经过条带噪声抑制后，观测亮温与模态亮温的标准差减小约0.018 K，进一步提升了MWTS的数据精度。
风云三号D星 微波辐射测量 温度探测仪 大气温度廓线 条带噪声 FY-3D microwave radiation measurement temperature sounder atmospheric temperature profile stripe noise
张卓 1,2,3,4,5王维和 6王后茂 1,3,4,5王咏梅 1,3,4,5,7
1 中国科学院 国家空间科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 国家空间科学中心 空间环境探测研究室, 北京100190
4 天基空间环境探测北京市重点实验室, 北京 100190
5 中国科学院 空间环境态势感知技术重点实验室, 北京 100190
6 国家气象局 卫星气象中心, 北京 100081
7 中国科学院大学 天文与空间科学学院, 北京 100049
风云三号气象卫星C星(FY-3C)搭载的紫外臭氧总量探测仪因太阳辐照度观测值异常而无法进行常规在轨星上定标, 导致臭氧总量产品无法正常生成。在研究了风云三号气象卫星B星(FY-3B)TOU辐照度观测数据的特点以及仪器衰减规律后, 结合FY-3C/TOU辐照度和辐亮度实测数据, 探索了基于晴空海洋像元观测值计算仪器的衰减系数法。本文选取受陆地气溶胶影响较小的热带太平洋海区, 用矢量辐射传输模式模拟云量较小的像元对应的晴空辐亮度, 比较观测值与模拟计算值, 通过统计筛选晴空像元, 估算FY-3C/TOU探测器随时间的衰减系数。在确定仪器衰减系数后对FY-3C/TOU历史数据进行处理, 反演获得了全球臭氧总量并与WMO/WOUDC地基观测数据进行对比。结果表明, 基于晴空辐亮度估算的仪器衰减系数进行的臭氧总量反演的均方根误差在5%以内。在星载紫外探测器星上辐射定标失败的时候, 可以利用晴空海洋像元确定仪器的定标系数。
在轨定标 紫外遥感 臭氧总量 风云三号 紫外臭氧总量探测仪 真实性检验 on-board calibration Ultra-violet(UV) remote sensing total ozone amount FY-3 Total Ozone Unit(TOU) validation
1 解放军理工大学气象海洋学院, 江苏 南京 211101
2 中国气象局国家卫星气象中心, 北京 100081
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, 北京 100081
VIRR是搭载在我国最新一代极轨气象卫星FY-3B上的可见光红外扫描辐射计, 发射后的遥感器需要进行不断的辐射定标校准以提高数据质量, 更好的满足用户需求。 为了研究FY3B/VIRR入轨后辐射响应的衰变规律, 利用2011年—2015年敦煌辐射校正场同步试验数据, 采用反射率基法计算其反射太阳波段的辐射定标系数, 除受水汽吸收影响的波段10, 其余各波段定标系数相对标准差均小于1.5%。 以Aqua/MODIS为辐射基准验证了该方法的精度, 结果表明, 正演大气顶辐射与卫星观测值的平均偏差均小于2.5%。 基于上述五年的VIRR定标结果, 结合发射前定标系数, 计算了遥感器的年际衰变率, 结果表明: 仪器衰减显示出一定的波长依赖性, 波长越短的波段衰减越大； 与发射前定标系数相比, 入轨第一年的仪器定标系数有较大程度的变化； 随着在轨运行时间变长, 仪器衰减趋势开始减缓, 在轨运行的第二和第三年衰减均大幅减小； 从第四年开始波长<0.8 μm的波段, 有衰减增大的趋势； 在轨运行两年后, 波长>0.8 μm的波段部分年份出现了响应增加的现象； 与孙凌等的FY3A/MERSI衰减变化规律相比, 衰减率和波长的相关性是一致的, 但MERSI在0.65 μm的波段3和13均出现相应增加的现象, 而VIRR在该波长处的波段1却有衰减增大的趋势； 综合历年的衰减率可以看出, 波长较短的波段7, 8和9年衰减率基本大于5%。
风云三号B星 可见光红外扫描辐射计 反射率基法 衰减分析 Feng Yun-3B(FY3B) Visible and infrared radiometer (VIRR) The reflectance-based method Degradation analysis 光谱学与光谱分析
2017, 37(8): 2397
1 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 中国气象局国家卫星气象中心, 北京 100081
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, 北京 100081
在介绍风云三号E星(FY3E)晨昏轨道气象卫星和微光成像仪特点的基础上, 利用Satellite Tool Kit仿真技术并根据FY3E轨道参数, 针对FY3E所搭载的遥感器(微光成像仪)可能受到来自太阳和月球的外部杂散光的情况进行模拟分析, 并设计了遮光方法来抑制外部杂散光。分析结果表明, 2006-12-18当天太阳矢量与遥感器底部窗口法向量的夹角最小, 遥感器受太阳杂散光的影响最大。进一步分析了遥感器可能受月球杂散光的影响, 发现只要满足太阳遮挡条件, 月球就不会对遥感器产生杂散光。因此, 设计遮光板时只要考虑太阳矢量与遥感器窗口法向量的夹角即可。目前的遥感器视场角为55°, 遮挡杂散光的效率较低。将遥感器视场角减小到50°, 同时减小遮光板尺寸, 可以提高对杂散光的遮挡效率且不影响其应用。
大气光学 晨昏轨道 杂散光 Satellite Tool Kit仿真 微光成像仪 风云三号 激光与光电子学进展
2017, 54(5): 050101
1 中国科学院 空间科学与应用研究中心
2 微波遥感技术重点实验室，北京 100190
依据冰云参数的多极化多散射大气亚毫米波辐射传输模型，分析了100 GHz~1 000 GHz频段内大气卷云吸收的特性，通过通道频率和带宽的不同设置，确定亚毫米波冰云成像探测仪包含15 个通道，频率覆盖范围为118 GHz~900 GHz，建立其与遥感器通道灵敏度、定标精确度、不同地理位置和海拔高度上对流层卷云中冰水总量、冰晶粒子尺寸、形状、方向性等反演参数的约束模型，为设计和研制用于测量冰云参数的星载亚毫米波成像仪提供理论分析和仿真验证。
冰云 亚毫米波 辐射传输 风云三号卫星微波湿温探测仪 粒子尺寸 ice-cloud sub-millimeter radiative transfer FengYun-3C Microwave Humidity and Temperature Soun particle size 太赫兹科学与电子信息学报
2016, 14(2): 180
复旦大学 电磁波信息科学教育部重点实验室，上海 200433
提出一种快速的局域线性回归(Fast Locally Linear Regression, FLLR)算法，用于从搭载在风云三号B星(FY-3B)上的红外大气探测仪(IRAS)红外观测数据反演大气温湿廓线。算法所需的观测样本为IRAS/FY-3B L1数据红外观测值与AIRX2RET V5产品的时空匹配数据，以2011年为例，在180°W~180°E、60°N~60°S的研究区域内按照观测时间绝对差小于15 min和观测角度绝对差小于2°的条件获取观测样本，并对样本进行了评价。在匹配观测样本的基础上比较分析了FLLR算法与LLR算法、D矩阵算法和非线性的神经网络算法，然后采用FLLR算法从IRAS/FY-3B L1数据反演得到2011年全年的大气温湿廓线，并外推反演得到2012年第1季度的大气温湿廓线。最后，利用相应的ECMWF再分析数据和RAOB探空观测对2011年的反演结果进行了精度验证，采用AIRX2RET V5产品对2012年第1季度的外推反演结果进行了验证。结果显示: 与D矩阵算法相比，FLLR算法反演大气温度和湿度廓线的均方根误差分别减小~0.8 K和~0.5 g/kg，其精度与非线性的神经网络算法相当; 相对于ECMWF再分析数据，本文大气温度和湿度廓线反演结果的均方根误差分别小于2.5 K和2.3 g/kg; 而相对于RAOB数据，其均方根误差分别小于3.5 K和2.0 g/kg; 2012年第一季度外推反演结果的均方根误差分别小于2.5 K和1.6 g/kg，与算法精度基本一致。IRAS/FY-3B大气温湿廓线的反演精度与MOD07 V5大气廓线产品相当。
风云三号B星 红外大气探测仪 快速局域线性回归算法 大气温湿廓线反演 精度验证 FY-3B IRAS fast locally linear regression algorithm atmospheric temperature and humidity profile inver accuracy validation
1 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，北京100081
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海200083
为了满足定量遥感对红外探测仪器定标精度监测的需求，采用风云三号气象卫星红外分光计(IRAS)与国际基准红外高光谱探测仪器进行交叉比对的方法，建立了FY-3C气象卫星红外分光计与高光谱仪器IASI的在轨交叉定标精度监测系统.通过对2014年一年的IRAS观测数据的定标精度监测和分析，结果显示，IRAS与IASI的相关系数均在0.98以上，通道1和18的定标偏差最大，分别为-3.7 K和2.1 K，通道9和16也有超过1K的偏差，其他通道的平均偏差均在1 K以内.地表观测通道8、9、18、19、20由于受卫星观测时空变化频繁的影响偏差标准差较大，在1.5～3 K左右，其他通道观测误差稳定性较好，均在1.5 K以内.通道2、3、4，10～13的定标偏差随目标亮温变化趋势不明显，通道14～20定标偏差随目标亮温变化趋势最强，最低和最高目标亮温对应的定标偏差之间的差别最大可达到5 K.定标偏差的时间序列分析表明大部分通道的定标偏差在一年的时间内保持稳定，变化幅度不超过0.3 K；通道15、19、20的定标偏差变化幅度约为1 K，通道1、14、16、17、18定标偏差一年的变化范围达到2～4 K.总之，在轨交叉定标精度监测系统为实时监测定标精度的变化提供了有效工具，为诊断仪器性能和改进定标方案提供了参考依据.
风云三号气象卫星 红外分光计 定标精度监测 交叉定标 FY-3 satellite IRAS calibration accuracy monitoring cross calibration
1 中国气象局国家卫星气象中心，北京100081
2 航天五院西安分院，陕西 西安610100
结合FY-3C微波温度计地面真空试验数据呈现出的高次特性，理论分析按照马克劳林展开的二极管方程呈现的高次项，分析FY-3C微波温度计在轨辐射非线性特性，设计了两点线性定标修正+三次方程非线性建模订正方法，对温度计的非线性特性偏差进行良好的校正和定标，该方法能够很好的对仪器高次曲线进行良好标定，结果采用O-B和与ATMS进行交叉比对方法进行验证，定标精度比使用国外常规U参数订正方法提高最高达4 K，显著提高全球大气三维温度产品性能.
风云三号C星 微波温度计 二极管 定标 三次方程 FY-3C MWTS diode calibration three equations
