风云卫星数据和产品应用手册.docx
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风云卫星数据和产品应用手册
风云卫星数据和产品
应用手册
第1章概述
1.1FY-3A卫星概况
风云三号A气象卫星（简称FY-3A）是我国的第二代太阳同步极轨气象卫星。
风云三号气象卫星将实现全球、全天候、多光谱、三维、定量对地观测。
风云三号星发射总质量为2450kg，发射尺寸：
4.38m×2m×2m，卫星长期功耗1130W。
卫星本体由服务舱、推进舱与有效载荷舱组成。
服务舱采用中心承力筒和隔板结构，主要安装电源、测控、数管及姿轨控分系统的部件和设备、推进舱采用中心承筒和隔板结构，主要安装推进系统设备以及蓄电池组和放电调节器。
有效载荷舱隔板和构架结构，主要安装探测仪器的探测头部，舱内主要安装探测仪器的电子设备等。
风云三号A卫星有十一台遥感探测仪器。
遥感数据通过两个实时传输信道（HRPT和MPT）和一个延时传输信道（DPT）进行传输。
风云三号A卫星设计寿命为3年。
1.2主要技术指标
1.2.1卫星轨道
⑴轨道类型：
近极地太阳同步轨道
⑵轨道标称高度：
831公里
⑶轨道倾角：
98.81°
⑷入轨精度：
半长轴偏差：
|Δa|≤5公里
轨道倾角偏差：
|Δi|≤0.1°
轨道偏心率≤0.003
⑸标称轨道回归周期为5.79天
⑹轨道保持偏心率：
≤0.00013
⑺交点地方时漂移：
2年小于15分钟
⑻卫星发射窗口：
降交点地方时10:
05
1.2.2卫星姿态
⑴姿态稳定方式：
三轴稳定
⑵三轴指向精度：
≤0.3°
⑶三轴测量精度：
≤0.05°
⑷三轴姿态稳定度：
≤4×10-3°/s
1.2.3太阳帆板对日定向跟踪
1.2.4星上记时
⑴记时方式：
J2000日计数和日毫秒计数
⑵记时单位：
1毫秒
⑶时间精度（星地总精度）:
小于20毫秒
1.2.5遥感探测仪器性能指标
1.2.5.1可见光红外扫描辐射计（VIRR）
（1）通道数、各通道波段范围、灵敏度见表1-1。
（2）空间分辨率：
星下点分辨率1.1Km
（3）扫描范围：
±55.4°
（4）扫描器转速：
6线/秒
（5）每条扫描线采样点数：
2048
（6）MTF≥0.3
（7）通道配准：
飞行方向/扫描方向星下点配准精度<0.5个像元
（8）扫描抖动：
<0.8个IFOV
（9）通道信号衰减：
<15%/2年
（10）量化等级：
10比特
（11）定标精度：
可见光和近红外通道：
CH1、2、7、8、97%（反射率）
CH6、1010%（反射率）
红外通道：
1k（270k）。
表1-1可见光红外扫描辐射计光谱性能
通道
波段范围（μm）
噪声等效反射率ρ（%）
噪声等效温差（300k）
动态范围
（ρ或k）
1
0.58-0.68
0.1%
0-100%
2
0.84-0.89
0.1%
0-100%
3
3.55-3.93
0.4k
180-350k
4
10.3-11.3
0.2k
180-330k
5
11.5-12.5
0.2k
180-330k
6
1.55-1.64
0.15%
0-90%
7
0.43-0.48
0.05%
0-50%
8
0.48-0.53
0.05%
0-50%
9
0.53-0.58
0.05%
0-50%
10
1.325-1.395
0.19%
0-90%
1.2.5.2红外分光计（IRAS）
（1）仪器通道光谱参数
（2）仪器通道灵敏度
（3）定标精度
（4）探测像元地面分辨率
（5）通道间配准
（6）仪器通道动态范围
（7）黑体温度
（8）辐射校准周期、量化等级等性能指标
（9）其他遥测特征参数
（10）仪器性能参数稳定性分析
（11）产品示例
表1-2红外分光计性能
仪器性能
要求
对地扫描张角
±49.5°
每条线扫描点数
56
地面视场
17km（836km高度，星下点）
步进和测量时间
100ms
行扫描时间和回扫时间
6.4s
辐射校准暖黑体温度
290K
冷空间温度
～3K
红外定标精度
1K@（270K）
可见光定标精度
5%反射率（CH21-CH247%，争取6%）（CH25-CH2610%，争取9%）
通道间配准精度
5%像元
辐射校准周期
256s
量化等级
13比特
表1-3红外分光计光谱通道特征
通道序号
中心
波数
（cm-1）
中心
波长
（μm）
半功率
带宽
（cm-1）
主要吸收
气体成份
最高
温度
（K）
NEΔN
（mW/m2
.sr.cm-1）
贡献
最大层
（hPa）
1
2
3
4
5
6
7
669
680
690
703
716
733
749
14.95
14.71
14.49
14.22
13.97
13.64
13.35
3
10
12
16
16
16
16
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2/H2O
CO2/H2O
280
265
250
260
275
290
300
4.00
0.80
0.60
0.35
0.32
0.36
0.30
30
60
100
400
600
800
900
8
802
12.47
30
大气窗区
330
0.20
地表
9
900
11.11
35
大气窗区
330
0.15
地表
10
1030
9.71
25
O3
280
0.20
25
11
1345
7.43
50
H2O
330
0.23
800
12
13
1365
1533
7.33
6.52
40
55
H2O
H2O
285
275
0.30
0.30
700
500
14
15
16
17
2188
2210
2235
2245
4.57
4.52
4.47
4.45
23
23
23
23
N2O
N2O
CO2/N2O
CO2/N2O
310
290
280
266
0.01
0.01
0.01
0.01
1000
950
700
400
18
2388
4.19
25
CO2
320
0.01
大气
19
20
2515
2660
3.98
3.76
35
100
大气窗区
大气窗区
340
340
0.01
0.002
地表
地表
21
14500
0.69
1000
大气窗区
100%A
0.10%A
云
22
11299
0.885
385
大气窗区
100%A
0.10%A
地表
23
10638
0.94
550
H2O
100%A
0.10%A
地表
24
10638
0.94
200
H2O
100%A
0.10%A
地表
25
8065
1.24
650
H2O
100%A
0.10%A
地表
26
6098
1.64
450
H2O
100%A
0.10%A
地表
1.2.5.3微波温度计（MWTS）
（1）仪器通道中心频率
（2）仪器通道频率宽度
（3）仪器通道主波率效率
（4）通道间配准精度
（5）通道频率稳定度
（6）通道灵敏度
（7）动态范围
（8）冷空计数值
（9）黑体PRT温度变化分析
（10）定标精度
（11）与国外同类产品的相互比较
微波温度计仪器参数和通道参数主要技术指标具体见表1-4和表1-5。
表1-4仪器参数
参数
指标
对地扫描张角
±48.3°
对地观测
15个点/每条扫描线
扫描步进角
6.9°
水平分辨率*
50～75公里（836km高度，星下点）
星上校正黑体
2个（暖黑体、外层冷空间）
通道间配准精度
波束指向误差<0.1°
（*波束宽度的公差为其标称值的±10%。
）考核指标：
小于0.2°
每条扫描线扫描时间
16秒
频率稳定度
优于10-4
量化等级
13比特
表1-5光谱通道技术指标
通道序号
中心频率
（GHz）
主要吸收气体
带宽
（MHz）
NEΔT
（k）
天线波束效率（%）
动态范围
（K）
定标精度
（不含NEΔT）
（K）
1
50.30
窗区
180±10%
0.55
＞90
3-340
1.2
2
53.596±0.115
O2
（2×170）±10%
0.4
＞90
3-340
1.2
3
54.94
O2
400±10%
0.4
＞90
3-340
1.2
4
57.290
O2
330±10%
0.4
＞90
3-340
1.2
1.2.5.4微波湿度计（MWHS）
（1）对地扫描张角
（2）扫描带宽度
（3）对地观测
（4）通道间配准精度
（5）扫描周期
（6）量化等级
（7）定标精度
（8）灵敏度
（9）动态范围
（10）星下点像元水平尺度
（11）通道频率特性
（12）黑体温度均匀性
（13）天线扫描时序
（14）定标观测数据特性
（15）在轨频率干扰
（16）产品应用示例
微波湿度计仪器参数和通道参数主要技术指标具体见表1-6和表1-7。
表1-6仪器参数
参数
指标
对地扫描张角
±53.35°
扫描带宽度
约2700公里
对地观测
98个点/每条扫描线
水平分辨率*
约15公里（836km高度，星下点）
星上校正黑体
2个（暖黑体、外层冷空间）
通道间配准精度
波束指向误差<0.1°
扫描周期
2.667秒
量化等级
14比特
仪器定标精度
1.5K（不含NEΔT）
表1-7光谱通道技术指标
通道
序号
中心频率
（GHz）
主要吸收气体
单边
带宽
（MHz）
NEΔT
（k）
频率
稳定度（MHz）
天线波束效率
接收机
工作方式
动态
范围（K）
1
150（V）
窗区
1000±10%
1.1
50
≥93%
双边带
3-340
2
150（H）
窗区
1000±10%
1.1
50
≥93%
双边带
3-340
3
183.31±1
H2O
500±10%
1.2
30
≥95%
双边带
3-340
4
183.31±3
H2O
1000±10%
1.1
30
≥95%
双边带
3-340
5
183.31±7
H2O
2000±10%
1.2
30
≥95%
双边带
3-340
1.2.5.5中分辨率光谱成像仪（MERSI）
（1）光谱通道选择和性能要求见表1-8
（2）量化等级：
12比特
（3）扫描范围：
±（55.1±0.05）度
（4）扫描器转速：
40转/分
（5）扫描抖动：
小于1IFOV（1公里）
（6）每条扫描线采样点数：
2048（～1000米），8192（～250米）
（7）波长定位精度：
优于光谱带宽的10%
（8）通道间像元配准：
<0.3个像元
（9）饱和恢复：
≤6个像元（1000米）
≤24个像元（250米）
（10）MTF：
≥0.27（1000米）
≥0.25（250米）
（11）进行星上可见光、红外定标（可见光定标为试验）
（12）定标精度：
可见光和近红外通道：
CH1-4，6-14：
7%（反射率）
CH15-20：
10%（反射率）
红外通道：
1k（270k）
（13）同一通道,不同像元响应的不均匀性：
≤5-7%（通过遥控注数修正后的结果）
表1-8中分辨率光谱成像仪通道性能要求
通道序号
中心波长
（微米）
光谱带宽
（微米）
空间分辨率
（米）
噪声等效反射率ρ（%）、温差（300K）
动态范围（最大反射率ρ、最大温度K）
1
0.470
0.05
250
0.45
100%
2
0.550
0.05
250
0.4
100%
3
0.650
0.05
250
0.4
100%
4
0.865
0.05
250
0.45
100%
5
11.25
2.5
250
0.54K
330k
6
0.412
0.02
1000
0.1
80%
7
0.443
0.02
1000
0.1
80%
8
0.490
0.02
1000
0.05
80%
9
0.520
0.02
1000
0.05
80%
10
0.565
0.02
1000
0.05
80%
11
0.650
0.02
1000
0.05
80%
12
0.685
0.02
1000
0.05
80%
13
0.765
0.02
1000
0.05
80%
14
0.865
0.02
1000
0.05
80%
15
0.905
0.02
1000
0.10
90%
16
0.940
0.02
1000
0.10
90%
17
0.980
0.02
1000
0.10
90%
18
1.030
0.02
1000
0.10
90%
19
1.640
0.05
1000
0.08
90%
20
2.130
0.05
1000
0.07
90%
1.2.5.6微波成像仪（MWRI）
微波成像仪通道特性列于表1-9。
表1-9微波成像仪通道特性
频率（GHz）
10.65
18.7
23.8
36.5
89
极化
V.H
V.H
V.H
V.H
V.H
带宽（MHz）
180
200
400
900
2×2300
灵敏度（k）
0.6
1.0
1.0
1.0
2.0
定标精度（k）
1.2
2.0
2.0
2.0
2.8
动态范围（k）
3～340
采样点数
240
量化等级
12比特
主波束效率
≥90%
地面分辨率
≤（km×km）
51×85
30×50
27×45
18×30
9×15
通道间配准
波束指向误差<0.1°
扫描方式
圆锥扫描
幅宽（Km）
1400
天线视角（°）
45±0.1
扫描周期（s）
1.7±0.1
扫描周期误差（ms）
0.34ms（相邻扫描线）、1ms（连续30分钟内）
1.2.5.7紫外臭氧垂直探测仪（SBUS）
1.通道光谱参数
2.通道信噪比
3.仪器线性度
4.慢反射板双向反射特性
5.定标精度
6.动态范围
7.产品示例
8.功能测试：
包括通过命令注入的方式控制观测模式的运行以及改变观测模式的运行参数。
光谱波段及扫描方式如下所述:
（1）大气模式
在250～340nm间选定12个通道探测大气臭氧的垂直分布，其光谱特性见表1-10。
表1-10大气模式的仪器光谱特性
通道
中心波长（nm）
带宽（nm）
1
252.00±0.05
1+0.2，-0
2
273.62±0.05
1+0.2，-0
3
283.10±0.05
1+0.2，-0
4
287.70±0.05
1+0.2，-0
5
292.29±0.05
1+0.2，-0
6
297.59±0.05
1+0.2，-0
7
301.97±0.05
1+0.2，-0
8
305.87±0.05
1+0.2，-0
9
312.57±0.05
1+0.2，-0
10
317.56±0.05
1+0.2，-0
11
331.26±0.05
1+0.2，-0
12
339.89±0.05
1+0.2，-0
云盖光度计
379.00±1.00
3+0.3
（2）太阳模式
①在光谱波段160～400nm进行连续扫描，步长为0.07nm，观测太阳光谱辐照度。
②波长重复性：
±0.02nm
③波长精度：
±0.03nm（臭氧特征线）
±0.05nm（连续光谱）
④动态范围：
106（从最小量化信号到最大量化信号，量化等级16bit/档）
⑤灵敏度：
亮度：
6×10-4μw/cm2·sr·nm（λ=252nm）时，S/N≥30
（第一颗星）S/N≥5
照度：
0.5W/cm3（λ=160nm）时，S/N≥2
⑥杂散光：
4.5X10-6量级
⑦辐亮、辐照度相对定标精度:
3%（160～250nm）
2%（250～400nm）
⑧漫反射板定标精度：
3%
⑨星下点分辨率：
约200Km
⑩波长监测：
星上用253.7nmHg线进行波长监测，在该谱线上的监测点数目视仪器的光谱响应形状确定，如为三角形，可取五点。
星上应监测仪器的增益和漫反射板反射率的变化，并通过遥测发送到地面。
1.2.5.8紫外臭氧总量探测仪（TOU）
（1）光谱波段：
臭氧总量探测仪为一个六通道分光光度计，其通道的光谱特性见表1-1。
表1-11仪器的光谱特性
通道
中心波长（nm）
带宽（nm）
1
308.68±0.15
1+0.3，-0
2
312.59±0.15
1+0.3，-0
3
317.61±0.15
1+0.3，-0
4
322.40±0.15
1+0.3，-0
5
331.31±0.15
1+0.3，-0
6
360.11±0.25
1+0.3，-0
（2）动态范围：
104，详见表1-12
表1-12动态范围
通道中心波长（nm）
探测最小亮度（μW/cm2.nm.sr）
探测最大亮度（μW/cm2.nm.sr）
308.68
≤0.009
≥9.878
312.59
≤0.009
≥13.684
317.61
≤0.027
≥17.424
322.40
≤0.036
≥18.26
331.31
≤0.108
≥30.525
360.11
≤0.207
≥34.683
（3）灵敏度：
≤0.004μw/cm2·sr·nm（S/N=1）
（4）扫描范围：
垂直于卫星轨道的平面内作空间扫描，在天底方向两侧各取样15个点，天底一个点，共31个取样点。
（5）行扫描时间：
8.16秒
（6）相对定标精度：
辐亮、辐照度2%；光谱0.03nm
（7）漫反射板定标精度：
3%
（8）量化等级：
12比特（放大器分3档）
（9）杂散光：
<10-3
（10）星下点分辨率：
优于55km
（11）星上应作波长监测和漫反射板反射率监测，并通过遥测发送到地面。
1.2.5.9太阳辐射监测仪（SIM）
（1）辐照度测量范围：
100～1400W/m2
（2）光谱范围：
0.2～50μm
（3）测量灵敏度：
0.2Wm-2
（4）定标精度：
0.5%
（5）2年长期稳定度：
＜0.02%
（6）量化等级：
16比特
1.2.5.10地球辐射探测仪（ERM）
ERM在轨测试的主要项目及技术指标如下：
（1）辐亮度范围
短波通道：
0-370Wm-2Sr-1，全波通道：
0-500Wm-2Sr-1。
（2）定标精度
短波通道：
1%；全波通道：
0.8%
（3）灵敏度
短波通道：
0.4Wm-2Sr-1；全波通道：
0.4Wm-2Sr-1。
（4）2年的长期稳定度小于1%。
（5）产品示例
选择ERM扫描视场、GERB的Level2（大气顶辐射通量）在同一区域、时间相近产品显示，比较，分析产品偏差。
（6）仪器指向误差
1.2.5.11空间环境监测仪（SEM）
空间重离子成分和高能质子能谱。
（1）高能质子能道
表1-13高能质子能谱探测主要指标
通道
质子能谱
能量范围
1
P1
3.0～5.0MeV
2
P2
5.0～10MeV
3
P3
10～26MeV
4
P4
26～40MeV
5
P5
40～100MeV
6
P6
100～300MeV
（2）重离子能道
表1-14重离子探测主要指标
通道
探测重离子
能量范围
1
He
12～110MeV
2
Li,Be,B
24～220MeV
3
C,N,O,F,Ne,Na
60～570MeV
4
Mg,Al,Si,P,S,Cl
0.2～1.2GeV
5
Ar,K,Ca,Sc,Ti
0.3～2.0GeV
6
Fe
0.5～2.0GeV
第2章术语和缩略语
本文档中常用的缩略语如下表所示。
其中，产品的缩略语将用于相关软件成分的命名与标识。
表2-1缩略语表——风云三号应用系统工程技术系统名称
中文
英文
缩写
数据接收系统
DataAqurizationSystem
DAS
运行控制系统
Operation&ControlSystem
OCS
数据预处理系统
DataPreProcessingSystem
DP2S
产品生成系统
ProductsGenerationSystem
PGS
监测分析服务系统
Analysis&ServiceSystem
ASS
产品质量检验系统
QualityControlSystem
QCS
计算机及网络系统
Computer&NetworkSystem
CNS
数据存档与检索服务系统
Archival&RetrievalServiceSystem
ARS2
应用示范系统
UsersDemonstrationSystem
UDS
仿真与技术支持系统
Simulation&TechniqueSupportSystem
STS2
有效载荷飞机试验系统
PayLoadAirplaneSystem
PAS
表2-2缩略语表——风云三号遥感仪器名称
中文
英文
缩写
扫描辐射计
VisibleandInfraRedRadiometer
VIRR
红外分光计
InfraRedAtmosphericSounder
IRAS
中分辨率光谱成像仪
MediumResolutionSpectralImager
MERSI
微波温度计
MicroWaveTemperatureSounder
MWTS
微波湿度计
MicroWaveHumiditySounder
MWHS
微波成像仪
MicroWaveRadiationImager
MWRI
地球辐射探测仪
EarthRadiationMeasurement
ERM
太阳辐射监测仪
SolarIrradiationMonitor
S
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