气象卫星（通用11篇）
气象卫星 篇1
卫星云图是由气象卫星自上而下观测到的地球上的云层覆盖和地表面特征的图像。根据云图上色调的差别和特定的形状可以看出, 哪些是陆地, 哪些是海洋, 哪些是冷锋, 哪些是气旋, 等等。于是人们就可从云图上看出, 锋、气旋等天气系统的发展和移动, 有助于天气预报。而且在海洋、沙漠、高原等缺少气象观测台站的地区, 卫星云图所提供的资料, 可以弥补常规探测资料的不足, 对提高预报准确率起到重要作用。
一、气象卫星的观测特点
气象卫星是空间技术与遥感技术相结合的产物。它与常规的气象观测仪器相比, 具有以下几方面特点:
(1) 遥感探测
气象卫星一般离地面很高, 有几百至数千千米。而要观测的气象要素主要分布在离地面几十千米的对流层和平流层内, 尤其是与日常天气预报密切相关的风、云、雨、雪等, 它们都发生在地面到十几千米高的对流层内。所以, 气象卫星不能采用地面气象站和无线电探空站的探测方式, 让感应器和被测物体直接接触的所谓直接探测。所以气象卫星采用的是遥感探测方式。
(2) 沿一定轨道观测
气象卫星。作为一个天体, 在空间一定轨道上运行。卫星一经发射成功, 它的轨道也就固定下来了。每天周而复始地按其轨道运行、观测。所以, 它不能像飞机那样根据任务制定航线, 到指定地区进行观测。也不能像地面雷达那样, 对作用距离内的被测物体进行频繁而细致的主动遥感。但这些缺点可以由选择理想轨道而得到一定程度的克服。
(3) 获取全球气象资料
通过卫星绕地球运转和地球自转, 极轨气象卫星可以获得全球的气象资料, 这是气象卫星作为一种观测工具的最大优点。通常的探测工具作不到这一点, 无论是气球、飞机或雷达, 它们的观测范围都很有限。气象卫星除通过自己的探测器获取资料外, 近年来还通过它来收集各地气象资料。
二、气象卫星获取云图资料的方法和过程
气象卫星是一种综合性的观测工具。它的观测资料有两大类:一类是图像资料;一类是定量探测资料。图像资料中, 按照获取图像的方式不同, 可分为电视云图和扫描辐射仪云图两种。
(1) 电视云图
电视云图就是用与日常电视摄像相似的方式来拍摄的云图。气象卫星上的电视摄像系统在拍摄云图时, 其工作过程分成四个阶段。首先是准备阶段:通过电子束对电视摄像管的光导层扫描, 使摄像管的感光面具有相同的电位, 作好接收图像的准备。紧接着是照相阶段:照相机的快门打开, 曝光16.7毫秒 (1秒--1000毫秒) , 卫星下方的云景或地球表面通过镜头聚焦到感光面上, 这一过程与照相相似。然后是移相阶段:日常生活中的电视是以很快的扫描速度将图片传送出去的, 而卫星上的电视摄像系统发送图像的速度很慢 (每幅图像2~3分钟) .因此必须把光导层上的电子图像转移到后面的薄像层上去, 供扫描发送。最后是发送阶段:由电子枪发射的电子束以每秒钟四条线的速度对薄像层进行扫描, 这时一幅电子图像就转变成了一边串相应的电讯号, 然后再通过卫星上的发射机天线将这些电讯号以无线电波的形式发射出去。发送过程就是将一幅完整的图像分解成许多条扫描线, 每条扫描线再分解成若干个像素的过程。一幅图像发送完毕之后, 立刻擦去贝宁像层上残留的电荷, 为发送下一张云图作好准备。上述整个摄像、发送过程都由程序钟自动控制。
(2) 扫描辐射仪云图
扫描辐射仪通常由可见光和红外两个通道组成。其中可见光通道的观测原理与电视云图相似, 即由感应元件测量云层或下垫面对太阳辐射的反照率大小。红处通道的探测原理与可见光通道有较大的差别。它是通过测量云层或地面放射的红外辐射来获得云图的。由于包围着地球的大气层是由多种气体成份 (如:氧、氮、二氧化碳、水汽等) 组成的混合气体。每一种气体成份按其本身的分子结构, 都能吸收和放出一定的红外辐射。对组成大气的各种气体成份而言, 有几个光谱区 (如3.4~4.3微米, 8~12微米) , 它们既不吸收也不放射。换句话说, 地面或云层放出的这几个光谱区的红外辐射可以不受阻挡地透过地球大气而到宇宙空间去。这几个光谱区犹如窗户, 可以让相应波长的红外辐射自由通过, 所以又把它们叫做大气窗区。如果我们在卫星上放置一个大气窗区波段的感应元件, 则可以得到云层或地表面在这个波段放出的红外辐射。与电视云图相比, 扫描辐射仪云图有两个显著的优点:一是它的红外通道在夜间也可以进行观测, 这就实现了气象卫星的日夜观测, 使气象卫星的利用率提高了一倍;其次, 扫描辐射仪得到的是定量的辐射强度资料, 由此可以计算出云顶温度、海面温度、不同地表特征的反射率等, 以便于进行卫星云图的定量分析。这样又从另一个侧面提高了气象卫星的利用率。
参考文献
[1]陈宏义, 张梅.热带气旋预报中的卫星云图实用技巧[J].气象科技, 2008, (05) .[1]陈宏义, 张梅.热带气旋预报中的卫星云图实用技巧[J].气象科技, 2008, (05) .
[2]余建波.基于气象卫星云图的云类识别及台风分割和中心定位研究[D].武汉理工大学, 2008.[2]余建波.基于气象卫星云图的云类识别及台风分割和中心定位研究[D].武汉理工大学, 2008.
[3]黄世芹, 牟克林, 杨秀庄, 金建德.一次典型MCC卫星云图及雷达回波特征分析[J].云南大学学报 (自然科学版) , 2011, (S1) .[3]黄世芹, 牟克林, 杨秀庄, 金建德.一次典型MCC卫星云图及雷达回波特征分析[J].云南大学学报 (自然科学版) , 2011, (S1) .
气象卫星 篇2
极轨气象卫星森林火灾实时监测系统
介绍了新开发的极轨气象卫星林火实时监测系统的`原理、功能及其数据处理流程.其特点是在卫星过境的同时就可处理出森林火灾信息,解决了目前同类气象卫星林火监测系统不能实时监测的问题.极轨气象卫星林火实时监测系统是由3台计算机组成的并行处理系统.该系统将火点判识的时序从模糊到确定分3步进行,并将数据接收、火点判断、火点定位、显示等的运行时序分配在3台计算机中同步运行.该系统于在广州气象卫星地面站投入业务运行.与原有卫星遥感林火监测系统比较,该系统对森林火灾监测的时间可提早约30 min.
作 者：单海滨 刘玉洁 樊昌尧 戎志国 Shan Haibin Liu Yujie Fan Changyao Rong Zhiguo 作者单位：单海滨,Shan Haibin(广州气象卫星地面站,广州,510640)刘玉洁,樊昌尧,戎志国,Liu Yujie,Fan Changyao,Rong Zhiguo(国家卫星气象中心,北京,100081)
刊 名：气象科技 PKU英文刊名：METEOROLOGICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： 36(3) 分类号：P4 关键词：卫星遥感 林火监测 实时处理风云三号B气象卫星正式投入使用 篇3
风云三号B卫星自2010年11N5日成功发射以来，经过半年多时间的在轨测试，卫星各系统功能正常、性能良好，获取的图像和数据质量良好，各项主要功能性能指标均符合研制任务要求并优于A星，具备了在轨交付使用的条件。风云三号B星正式投入使用，标志着极轨气象卫星真正实现了升级换代，也标志着气象卫星实现了跨越式发展，并达到世界先进水平。
“嫦娥二号”飞离月球奔向添空
中国第二颗月球探测卫星“嫦娥二号”6月9日傍晚飞离月球，开始奔向距离地球150万千米的深空开展拓展·性试验任务。国家国防科技工业局表示，“嫦娥二号”奔向更遥远深空肩负有两项科学目标，一是在深空开展地球远磁尾带电粒子探测，二是对可能的太阳X射线爆和宇宙伽玛爆进行观测。
今年4月1日，“嫦娥二号”半年设计寿命期满，圆满完成各项工程目标和科学探测任务，鉴于“嫦娥二号”卫星依然有不少燃料，科学家们决定让它开展拓展性试验任务。其拓展试验包括3项内容：一是补全月球南北两极的图像；二是再次降至近月点15千米轨道高度，对月球虹湾地区进行高分辨率的成像。这前两项试验已经全部完成，剩下第三项，也是最重要的一项，就是择机从月球逃逸，飞往更远的深空。
“嫦娥二号”测控系统专家称，探测月球也只是到40万千米左右的地方，要到150万千米远的地方，测控、通信、数传、轨道设计都要经过验证，这将使中国在深空探测领域再向前迈进一步。
第六届航天控制技术论坛聚焦空天控制技术发展
5月18日，第六届航天控制技术论坛在京举行，来自总装备部、国防科工局、中国航天科技集团公司等部门和单位的领导、专家齐聚一堂，对空天控制技术发展进行了展望和交流。
本届论坛以空天控制技术展望为主题，围绕空天技术的发展动态，共同探讨在空天飞行控制系统方面存在的重大基础科学问题和关键技术，分析和展望未来空天技术的发展和应用前景，推动和牵引空天领域及控制学科的发展。
“天网”破解“低慢小”拦截世界难题
近期，由中国航天科工二院研制的“天网”低空慢速小目标探测拦截系统(以下简称“天网”)圆满完成了金砖国家领导人第三次会晤和博鳌亚洲论坛2011年年会安保任务。据悉“天网”还将积极参与深圳大运会和新疆亚欧博览会安保系统建设工作。
据了解，服务于新一代“平安城市”建设并备受关注的“天网”旨在解决“对低空慢速小目标飞行器进行有效拦截”这一世界性的难题。在不到两年的时间里，“天网”研制团队解决了一系列跨行业、跨专业的技术难题，创新突破了平衡抛射技术、大面积空中开网技术等十余项重点新技术，创造了一个课题催生技术专利20余项的佳绩。
中国与委内瑞拉签署遥感卫星项目合同
中国航天科技集团公司所属中国长城工业总公司当地时间5月26日在加拉加斯与委内瑞拉科技和工业部签署了《委内瑞拉遥感卫星一号项目合同》。
根据合同，中国长城工业总公司作为项目总承包商将以“在轨交付”形式，会同卫星、运载火箭、发射测控系统、地面应用系统等分包商，完成项目合同规定的工作。委内瑞拉遥感卫星一号(VRSS-1)将采用中国空间技术研究院研制的CAST2000卫星平台。卫星将由上海航天技术研究院研制的长征二号丁运载火箭在酒泉卫星发射中心发射。中国卫星发射测控系统部负责发射测控工作。地面遥感数据和图像接收处理系统也将由中国空间技术研究院负责。
航天科工与武钢集团签署战略合作协议
5月11日，中国航天科工集团公司与武汉钢铁(集团)公司签署战略合作协议。根据协议，双方将在非传统安全、特种车辆、设备和装备制造、金属材料、贸易合作、资本运作、人才交流与信息共享等领域开展战略合作。
根据协议，中国航天科工授权其在武汉的九院负责落实具体合作项目并组织实施。中国航天科工九院和武钢集团将根据需要建立合作推进联合工作组，协调并推动合作项目的谈判和实施工作，保证各项合作顺利进行。
资源卫星应用中心首次成功中标国际市场项目
日前，中国资源卫星应用中心与亚太空间合作组织正式签署数据共享服务平台合同。这是资源卫星应用中心首次参与国际竞标并成功中标。
此次中标项目建设的主要内容是，通过从亚太空间合作组织成员国收集遥感卫星数据的元数据，对这些元数据整合后进行统一存储管理，并向亚太空间合作组织成员国提供遥感卫星数据查询和检索的服务。同时，该平台系统将具有高效的遥感卫星数据管理、相应的信息统计、访问控制、系统维护等功能，可提供遥感卫星数据检索和数据访问接口。
航天科工亮相中国国际警用装备及反恐技术装备展
5月19日～21日，第四届中国(北京)国际警用装备及反恐技术装备展览会暨学术研讨会在北京举行。中国航天科工集团公司携带以反恐防暴重大现场监测与控制系统和“天网”低慢小拦截系统为代表的49项科技成果亮相展会，引发了与会者的强烈关注。
中国航天科工此次共展出49项科技成果，其中多项成果达到国内领先、国际先进水平。这些科技成果将警务工作和高新科技紧密结合，具有很强的前暂性和实用性。
长征国际茎力Ⅱ土耳其腑务展
近期，中国航天科技集团公司所属航天长征国际贸易有限公司(下称长征国际)参加了在土耳其伊斯坦布尔举办的2011年土耳其国际防务展。这是长征国际组建后首次单独组团参加国际防务展。
本次展出的集团公司军贸产品包括战术火力系统、防空武器系统、无人机、精确制导炸弹系列等。长征国际还组织了智能交通系统、城市安防系统、边境监控系统等产品参展，为拓展该公司货架产品，探索多元化发展模式提供了积极和有益的尝试。
航天生态农业示范基地户陕西榆赫
近日，中国航天生态农业示范基地落户陕西省榆林市。该基地由中国航天科技集团公司牵头，集团公司航天育种研究中心和榆林市榆阳区姐妹农业合作社共同筹备组建。该基地将试种经太空育种培育的、成熟的经济作物。
按照计划，国家偷林农作物品种试验基地、榆林市农科院、榆林市偷阳区种子试验站和集团公司航天育种研究中心共同组成专家课题组，以榆林毛乌素沙漠沙化土地为基础，试种经太空育种培育的、成熟的经济作物。如果课题试验成功，太空育种技术将对榆林地区的经济发展和农业增产增收起到重要的推动作用。
海洋一号B卫星在轨成功运行四周年
从2007年4月11日成功发射至今，海洋一号B卫星已在轨稳定运行4周年，超寿命运行1年。在东方红卫星公司研制人员的精心“呵护”下，该卫星在水温环境要素探测、海洋生物资源开发利用、海洋污染监测和防治及全球环境变化研究等领域发挥了巨大作用。目前，卫星各分系统运行稳定，各项工程遥测参数正常，卫星还将继续服务于我国的海洋遥感事业。
千枚螬雨火箭掸向天要“甘霖”
今年上半年以来，我国长江中下游地区出现了60年罕见的旱情，农业生产和生态环境遭到严重威胁。在全民抗击旱灾的行动中，国家实施了大规模的人工增雨作业，中国航天科技集团公司四院增雨防雹火箭弹再次向天要“甘霖”，有效缓解了旱情。
气象卫星接收机的设计 篇4
无线接收机是通信网络中的关键组成部分, 目前接收机的市场需求是主要是无线通信系统, 尤其是卫星通信系统和移动通信系统。接收机的噪声系数和动态范围都是重要的技术指标。为了满足远距离小信号探测下视强杂波小信号探测的目的, 都需要接收机系统具有良好的噪声系统和大的动态范围。无线应用的迅猛发展对无线接收机的需求增多, 需要其具有低成本、低功耗、小的波形因数。该文着重研究接收机的前端结构的设计, 低噪放部分主要采用安捷伦公司ATF54143晶体管, 以使得获取较低的噪声和较大的功率。本振源部分采用锁相环频率合成技术, 用到ADI公司的ADF4360_3锁相环芯片, 并用STC12C2052单片机控制锁相环芯片, 产生1803.6MHz的LO信号。最后将RF信号和LO信号通过混频器输出IF信号, 以便完成对信号的解调。如图1所示。
2 低噪声场放的设计
求他的噪声越小越好, 但又要求有一定的增益, 最小噪声和最大增益一般不能同时满足, 获取最小噪声和最大功率是矛盾的, 一般电路设计总是选择折中的方案来达到设计的要求, 以牺牲一定的增益来获得最小噪声, 而在射频微波通信电路中, 需要处理微弱的射频微波信号, 因此, 合适的低噪声放大器电路的设计具有非常实际的意义。
本设计放大器前级放大采用ATF-54143是安捷伦科技公司的一个高动态范围, 低噪声放大模式PHEMT表面贴装塑封的晶体管它具有, 两级高线性度和低噪声及高增益的优点, 450 MHz-6 GHz的动态范围, 能达到0.5d B的噪声系数, 广泛应用于蜂窝PCS的基站MMDS, 和其他系统, 为特性上达到增益指标.在此选择直流偏置为:DS V=3V, DS I=60m A, 增益20Db。后级放大采用MINI的高动态放大器, 保证放大器的稳定性, 在增益、噪声系数等几项指标中取折中以达到最终要求, 由此来确定匹配网络和直流偏置的参数。对整体电路进行优化设计, 通过调整匹配网络元件的参数值, 使放大器的各项指标满足要求。
低噪放部分的实现如图2先通过两次的放大滤波, 最后通过两级放大输出。其中场放部分采用ATF54143芯片, 滤波器为定制1687MHz的滤波器, 放大器采用GALI_74。
该电路通过外接电源给ATF54143提供正确的工作点:输入0.5V, 输出2.0V, 输出电流大约10m A。外部电路进行匹配, 扩大放大器的线性范围, 并控制放大器带宽, 使其满足相关技术指标。ATF54143可以提供20d Bm的功率。根据要求及以上数据, 可以使得低噪放模块达到50d B的增益。
3 下变频模块的设计
超外差接收机利用一个或几个本振和混频器把回波变换成便于滤波和处理的中频信号。改变第一本振频率, 对接收机进行调谐, 不会妨碍接收机的中频部分。接收机内中频以后的频移通常是由附加本振完成的, 附加本振的频率通常是固定的。脉冲放大型发射机也采用相同的本振, 以得到与第一本振有所需频率偏移的雷达载波频率。
频率合成技术是指能由一个高稳定度和准确度的标准参考频率, 经过一系列的处理, 产生大量离散的具有同一稳定度和准确度的信号频率输出, 并且输出信号的频率可由数字信号控制改变。频率合成的基本方法有3种:直接频率合成、锁相式频率合成以及直接数字频率合成。
本振源部分的实现如图3所示, 用STC12C2052单片机控制锁相环芯片ADF4360_4输出稳定的频率:1571MHz, 然后通过放大器输出。
下变频部分的实现如图4所示, 混频器采用RMS_11F, 混频之后通过放大器 (GALI_74) 输出, 然后再经过一中频滤波器 (116MHz) 输出。
4 场放和下变频器的测试结果
5 结论
本文着重研究接收机的前端结构的设计, 低噪放部分主要采用安捷伦公司ATF54143晶体管, 以使得获取较低的噪声和较大的功率。测试结果表明, 文中设计的低噪声放大器符合指标要求。
参考文献
[1]陈邦媛.射频通信电路[M].2版.北京:科学出版社, 2007.
[2]张厥盛, 郑继禹.锁相技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2003.
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[4]刘伟胜.宽带高稳定、低相噪直接式频率合成器的设计及分析[J].微波学报, 2006 (4) .
气象服务及应用气象探究 篇5
关键词： 气象；服务；能力
从消费者角度考虑，公众对气象服务的支付意愿应该受个体因素、心理因素以及经济因素的显著影响。通过以上研究可知，在公众对气象服务支付意愿中，不同年龄、不同文化程度、不同收入的公众在愿意支付方面存在显著性，其中，年龄因素对是否愿意支付费用方面呈负相关，文化程度和收入因素对是否愿意支付呈正相关，并且，通过自变量贡献率分析可知，在以上三个显著变量中，年龄因素的贡献最大，其次是文化程度因素和收入因素；在支付多少方面，性别、年龄、对气象的关注程度、气象预报的及时性、气象信息的准确性、总体气象服务满意度、文化程度以及收入因素都是具有显著性影响的，其中，总体满意度、文化程度、收入因素对支付多少方面呈正相关，性别、年龄、关注程度、天气预报的准确性、及时性呈负相关，并且，通过自变量贡献率分析可知，在显著变量中，收入因素的贡献最大，其次是文化程度因素，以及年龄因素和性别因素。综上研究结论，也即公众对气象服务的支付意愿确实受到个体因素、心理因素以及收入因素的显著影响，因此，利用公众支付意愿视角评估公众气象服务的经济效益是有效的。
在现代社会，气象探测数据、气象信息和产品已越来越广泛地应用于国家安全保障领域，公共气象服务工作对公共安全、生态安全、水资源安全以及能源、国防、食物、空间安全提供了越来越有效的科技支撑。建设公共气象对国家安全的支撑体系，要以气象基本业务系统为主要依托，以资料和信息共享为主要特征，建成气象、海洋和空间三位一体的全程、连续、滚动的综合气象服务系统，以现代通信和信息技术为基础，建成高度共享的大容量的数据存储系统及相应的灾难备份系统，实现对各种观测资料的快速采集、传输、存储、加工处理和产品分发，最终达到面向国家安全相关领域的服务手段现代化、服务产品专业化、服务队伍专职化、服务管理规范化。开展未来全球气候变化对我国敏感经济部门和敏感地区综合影响的定量评估；建立雷电监测预警预报业务；雷电防护设备等综合研究；建立空间天气监测预警预报业务，提高全方位空间环境变化监测和分析能力；加强海洋气象工作，在我国海域岛购布设自动气象站，收集气象数据料，为我国远洋航行和海洋资源开发作好气象服务等工作，在国家和社会安全领域提高公共气象服务水平。
具体而言，如天气预报、气象灾害及气象次生灾害预报警报、公 的气象探测资料、数据、等就是典型的纯公共产品，有时又称国家气象事业。还有如人工增雨（雪）、人工防雹、旅游气象服务、水电气象服务、城市污染指数气象服务、交通气象服务、农业气象服务、大型工程建设的专项服务、风景区天气预报服务、局部森林火险天气预报、水文气象、农业气候区划等专题专项气象服务产品，是准公共气象服务产品，有的又称地方气象事业。还有少量为企业单位或个人单独提供的专业有尝服务产品，在国外，有私人气象公司，专门为私人提供气象服务，还有专门为某商场、公司、企业生产和提供的气象服务产品，则属于私人产品，由使用者付费。
随着社会经济发展和科技日新月异的进步，公共气象服务产品的提供方式和手段也产生了革命性的进步，由过去比较单一的提供方式变为通过电视、网络、手机短信、报纸、灾害预警系统等传播渠道的十多种提供方式。公共气象服务能力是以气象现代化为依托，以发展现代气象业务为核心，气象工作围绕有效防御和减轻气象灾害、保障人民生命财产安全，适应和减缓气候变化、增强经济社会可持续发展，促进气候资源开发利用、建设资源节约、环境友好型社会、实现人与自然和谐发展的能力。
公共气象服务能力主要包括气象预测预报能力、气象防灾减灾能力、气候资源开发利用能力、应对气候变化能力等四个部分。气象科技发展的进程是公共气象服务能力的重要支撑，社会需求是公共气象服务能力的重要牵引，公共气象服气象在人们生产生活、经济社会发展、国家安全、资源利用、气象灾害防御等事务中发挥了重要作用，社会对公共气象服务的项目不断增多，对公共气象服务质量的要求也越来越高，特别是在应对气候变化、防灾减灾和公共气象服务“三农”等方面，政府前所未有的重视，国家和社会公众对公共气象服务的需求空前增长。
公共气象服务不仅国内需求增长，而且国际需求也在增长，公共气象在应对气候变化、气象灾害防御和安全诸领域，日益受到国际社会共同关注，对公共气象服务的共同需求断增加，合作日益加强，我国公共气象不仅为中国人民服务，还为世界人民服务，中国气象工作也在相关国际事务中为中国争得了话语权。
公共气象服务涉及工业、农业、国防等及为广泛的领域，新的服务领域不断拓展，服务产品不断增加，服务水平不断提高，高科技、精细化、多层面的气象服务格局正在形成，在气象基础业务、气象科技创新、水电气象、交通气象、风能太阳能资源调查、开发论证、烤烟气象、农业气候区划等方面，均提出了新的要求，新的服务领域不断出现，针对本地特色和需求的公共气象服务取得了很大的进步。
参考文献：
[1]王谦.城乡公共服务均等化问题研究[M].济南：山东人民出版社，2009.
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[9]金太军，等.政府职能梳理与重构[M].广州：广东人民出版社，2002.
气象卫星接收站的扩展应用研究 篇6
自20世纪70年代, 遥感技术迅猛发展。特别是随着光学传感器技术和小卫星技术等空间科学技术的发展, 光学遥感卫星的空间、辐射、时间和光谱分辨率显著提高, 使得遥感卫星获取的数据量急剧增加, 卫星影像的原始数据率从每秒几十兆比特提高到几百兆比特甚至上千兆比特。同时, 卫星影像不但广泛应用于资源、农业和林业等国民经济建设领域, 而且在测 绘等其他 方面也发 挥着巨大作用[1,2]。
目前, 用户对遥感卫星影像应用的时效性要求越来越高, 但受到大型遥感卫星地面接收站的数量、地理分布、建设与维护的昂贵经费及现有通信条件等因素的限制, 时效性仍然是制约遥感卫星信息应用的非常重要的因素[3]。以大型地面接收站每天接收5颗遥感卫星为例, 每颗卫星的平均数据量约为20. 0 GByte, 同时考虑到因云、雾覆盖等因素去掉50% 无效影像, 则需每天 分发的影 像数据约 为50. 0 GByte。目前, 中国科学院对地观测与数字地球科学中心的陆地观测卫星数据全国接收站网建设工程已建成150 Mbps带宽的高速光缆网络, 专业用户一般配备≤10 Mbps的专线[4], 普通用户通过互联网与中心连接。对于10 Mbps的专线, 通信效率为80% 时的传输 时间约为13. 9 h, 50% 时约为22. 2 h, 30% 时约为37. 1 h。可见, 基于10 Mbps带宽的专线对大型地面接收站的卫星影像产品分发的时效性制约的确较大, 对于普通互联网用户的时效性制约更大, 且专线用户的数量非常有限; 同时, 对于高山和海岛等不能提供较好通信条件的情况, 时效性的制约将更大。
气象卫星接收站本质上属于遥感卫星接收站的范畴, 但由于其一般接收码速率较低的气象卫星影像等数据, 因此相对于大型遥感卫星地面接收站来说, 天线口径偏小[5]。目前, 我国已建成了多处陆基、船载气象卫星接收站, 利用它们在高仰角条件下接收覆盖接收站周边用户感兴趣区域的遥感卫星影像数据, 并通过协同策略实现较长时间的遥感卫星数据接收与信息共享, 是解决上述问题的一个重要手段; 同时, 也可提高气象卫星接收站的利用率和使用价值。
1 典型气象卫星接收站
下面重点分析我国已有的气象卫星接收站资源, 同时深入剖析目前分布众多的典型气象卫星接收站的技术指标。
1. 1 资源分析
我国自1988年成功发射第一颗气象卫星以来, 先后成功发射了6颗极轨气象卫星 ( 风云一号、风云三号系列) 和7颗静止气象卫星 ( 风云二号系列) , 它们在天气预报、灾害监测和遥感等领域所发挥的作用越来越重要[3,5]。目前, 除国家卫星气象中心的北京、广州、乌鲁木齐、佳木斯、喀什、拉萨和斯瓦尔巴等7个国家级气象卫星接收站外, 很多省、市气象部门及海洋、水利、防汛、民航、农业、林业、环保等部门的相关单位都建有自己的气象卫星接收站。这些气象卫星接收站 ( 系统) 以接收我国的风云系列卫星数据为主, 兼顾接收美国NOAA系列、日本GMS /MTSAT系列和欧盟METOP系列等气象卫星的数据[6]。我国的气象卫星接收站资源如图1所示。
1. 2 典型接收站的技术指标
风云三号 ( A星、B星分别于2008年、2010年成功发射) 气象卫星是我国自行研发的第2代极轨气象卫星, 数据传输采用3个信道: 第1个是L波段实时数据 ( High Resolution Picture Transmit, HRPT) 传输信道, 用于实时传输除中分辨率光谱成像仪以外的所有探测数据, 全球范围内发送; 第2个是X波段实时数据 ( Moderate Resolution Picture Transmit, MPT) 传输信道, 用于实时传输中分辨率光谱成像仪的数据, 在过境及国际合作区域传输; 第3个是X波段延时数据 ( Delay Picture Transmit, DPT) 传输信道, 用于传输星 上存储延 时回放的 数据, 在过境时传输[7]。
目前, 国内气象卫星接收站一般能接收风云系列气象卫星和国外气象卫星数据, 且对于为数众多的用户接收站来说, 它们一般只需接收HRPT和MPT数据, 而DPT数据一般由国内的国家级地面站接收。由文献[6 - 10]可知: 北京国家级气象卫星接收站的DPT接收天线 分系统的 天线口径 为12. 0 m, HRPT / MPT接收天线分系统的天线口径为4. 2 m; 理论上, 同一地面设备在采用口径为3. 0 m以上的天线, 码速率、频率和解调方式可变的电路后, 可完成兼容接收多颗气象卫星数据。典型的详细天线技术指标可参考文献[7]。
气象卫星MPT和DPT数据的传输频率属于X波段[7], 根据国际电联 ( International Telecommunications Union, ITU) 的规定, 民用遥感卫星使用的频率范围为8. 025 ~ 8. 450 GHz, 也属于X波段。
2 改造可行性分析
下面重点分析利用本地的小口径气象卫星接收站, 在高仰角条件下接收处理遥感卫星信号 ( 假设接收站处于遥感卫星信号发射波束范围内且极化方式等其他接收要素均匹配) 的可行性, 即是否可通过共用文献[7]所示的3. 0 m典型气象卫星接收站的大部分前端设备实现高仰角条件下接收遥感卫星信号, 以实现遥感卫星影像产品的本地分发与应用。
由文献[11, 12]可得:
式中, EIRP为卫星等效全向辐射功率 ( d BW) ; G /T为地面站接收天线的品质因素 ( d B /K) ; L1为自由空间传播损耗 ( d B) ; L2为天线指向损耗 ( d B) ; L3为极化损耗 ( d B) ; L4为大气吸收损耗 ( d B) ; L5为其他损耗 ( 包括降雨损耗和多径损耗等, d B) ; K为波尔兹曼常数; Eb/ N0为根据最低误码率要求在理论上所需的最低信噪比 ( 根据一般的最低误码率为1×10- 6查表知Eb/ N0为10. 8 d B) ; Rb为信号码速率 ( bps) ; SF为链路接收余量。
根据式 ( 1) 可进一步得到:
式中, re为地球赤道半径 ( 一般取值为6 371 km) ;E为天线仰角; H为卫星轨道高度 ( km) ; f为遥感卫星信号的频率 ( GHz) 。
以在我国境内下传遥感影像数据的SPOT - 4 ( 轨道高度822 km、载频8. 253 GHz、码速率49. 37 Mbps ) 、SPOT - 5 ( 轨道高度832 km、载频8. 253 GHz、码速率49. 37 Mbps) 、IRS - P6 ( 轨道高度820 km、载频8. 125 GHz、码速率105 Mbps) 和THEOS ( 轨道高度800 km、载频8. 14 GHz、码速率120 Mbps) 等商用遥感卫星为例, 其EIRP值一般为20 d BW, 进而根据式 ( 2) 和文献[7]可计算出3. 0 m典型气象卫星接收站在不同仰角条件下的遥感卫星链路信号接收余量SF, 如表1所示。
从表1可以看出: 口径为3. 0 m的典型气象卫星接收站, 在接收仰角大于40°时, 对于SPOT - 4、SPOT - 5、IRS - P6和THEOS等商用遥感卫星的链路信号接收余量SF均超过遥感卫星信号接收一般要求的2. 0 d B门限, 且对于SPOT - 4和SPOT - 5等商用遥感卫星在仰角大于20°时就能接收。
国内外的遥感卫星多采用低轨道运行, 轨道高度一般在500 ~ 800 km之间。针对典型轨道高度为500 km和800 km的遥感卫星在卫星接收站上空过顶的情况, 可计算出不同最低接收仰角时的过顶工作时间, 如表2所示。
从表2可以看出: 典型气象卫星接收站的天线即使在接收仰角≥50°时, 一般可至少实时接收1. 5 min以上的遥感卫星影像数据, 即可得到接收站周边区域面积≥650 km×遥感卫星成像幅宽 ( 从数十km到上百km不等) 的遥感影像。
总之, 利用我国分布众多的典型气象卫星接收站, 可实现气象卫星、遥感卫星的数据综合集成接收, 虽然遥感卫星的接收仰角有所提高, 接收范围会缩小, 但满足“大多数用户只需要小范围内的数据、覆盖他们感兴趣或负有责任的有限地区而不需要整个卫星过境数据, 装备不起高价的大型地面接收站, 不愿意与远方大型接收站打交道, 愿意自主获取本地数据并进行处理”[13]的需求, 可实现气象卫星接收资源的优化使用, 且通过协同 ( 接力) 接收策略可进一步实现遥感卫星数据产品的共享利用。
3 改造方案设计
根据文献[7]可知: FY - 3气象卫星L波段HRPT数据和X波段MPT数据的接收系统可采用公用的天线和伺服设备, 信道等其他软硬件部分则完全独立。
参考上述结论, 可在共用典型气象卫星接收站大部分前端设备的条件下, 通过对接收处理系统进行一定的适应性改造, 即可实现气象卫星接收站兼容接收部分遥感卫星信号的设想, 具体的改造方案如图2所示。
从图2可以看出: 典型气象卫星接收站在根据实际情况改造天伺馈分系统, 采用较高码速率的遥感通用接收解调分系统, 增加专用遥感数据处理分系统等分系统的基础上, 就可满足在高仰角条件下利用典型气象卫星接收站接收并处理遥感卫星信号的需求。
当然, 随着遥感卫星数据未来传输朝更高的传输频率和码速率、更新的传输体制、灵活的发射波束等方向发展[13], 3. 0 m典型气象卫星接收站可接收遥感卫星数据的时间窗口可能会变小。
4 结束语
气象卫星 篇7
1 小站接收系统的组成结构
地县级小站接收系统由接收天线、接收机 (DVB-S2) 、小站接收软件三大部分组成 (图1) 。
2 小站接收系统的安装
2.1 天线的安装及对星
2.1.1 天线的安装。天线的安装比较简单, 需要注意的是站址的选择。站址选择的原则是指向卫星方向上无障碍物 (净空角5°以上) , 周围无微波干扰, 基座牢固, 安装位置与机房接收机的距离要尽可能短以便减少因电缆线过长而引起的信号衰减, 避开雷击多发地。然后按要求将天线安装完毕, 安装过程中注意将“中国气象”4 个字摆正, 并尽量使天线的十字背架的横轴处于水平位置[1,2]。
2.1.2 天线的定位。确定天线的3 个角度:方位角、俯仰角、极化角。方位角 (Azimuth angle) :从接收点到目标卫星的视线在接收点上的水平面上有一投影线, 从正北方向开始, 顺时针方向至该投影线的角度。俯仰角 (Elevation Angle) :从接收点抛物面天线中心与卫星的连线与水平线构成的夹角。极化角 (Polarization) :这里采用的是线极化, 即电场矢量与传播方向构成的角度[3,4]。
假设地面站点的纬度为 Φe, 经度为 λe, 卫星经度为 λs, 则在北半球, 方位角 (AZ) 、俯仰角 (EL) 、极化角 (Apol) 的计算公式为:
式中, 地球半径Re=6 378 km, 卫星距地球表面高度H=35 786 km。在实际安装中, 可采用查表法, 亚洲4 号卫星和以前的亚洲1 号卫星位置相同, 只要输入地名, 即可查到该地的方位角、俯仰角、极化角, 如图2 所示。
2.1.3 天线的对星。天线的对星是个难点, 难在如何将上述3 个角度精确定位。最简单的方法是使用寻星仪, 然而寻星仪全省只有1 个, 全省100 余个县市需要安装, 要拿到寻星仪比较困难。下面介绍如何用简单的方法确定天线的3 个角度, 笔者曾用此方法安装5 套小站接收系统。准备的工具:指南针、量角器、吊砣、细线、粉笔。先用查表法确定当地3 个角度的具体值, 需要指出的是查表法查出的值是大概值, 精确值需要在对星过程中进行微调。①极化角的确定:高频头与竖直方向的夹角, 可用量角器测量。②方位角的确定:这里查表法查的是-18.4°, 即南偏东18.4°。先用指南针确定南北方向, 并用粉笔或者长杆将南北方向延长, 然后用量角器测量天线十字背架水平轴与南北方向的夹角, 即可确定方位角。③仰角的确定:天线十字背架的竖轴与竖直方向的夹角, 同样用量角器测量。需要指出的是, 方位角与仰角要力求精确, 极化角偏差2°左右对星影响不大。因此, 为减少误差, 安装天线时, 天线十字背架的横轴力求在水平位置。
笔者用此方法安装的5 套天线, 其中4 套都直接入锁, 信噪比 (Eb/No) 在6.0 d B左右, 有1 套因方位角误差较大, 没有入锁。入锁以后, 接下来需要进行微调, 以便天线对星达到最佳状态。以仰角为例, 旋转调节杆螺母, 同时观察信噪比的变化, 在信噪比达到最大值时, 记下螺母旋转的圈数, 然后反方向旋转螺母, 同样在信噪比达到最大值时记下螺母旋转的圈数, 然后取2 个最大值中的较大值, 将螺母旋转至该位置。同理, 调节方位角及极化角的位置, 使对星达到最佳状态, 微调完成, 信噪比一般能在8.0 d B左右。
2.1.4 防水处理。天线安装完毕, 对室外的接口部分需进行防水处理。尤其是高频头与馈线的接口部分要用防水胶进行密封, 防止水汽渗入。一旦渗入水汽, 馈线容易老化断裂, 从而影响资料接收。
2.2 系统的安装
本系统采用Linux系统, 而Linux系统对于大部分用户来说比较陌生, 因此操作难度比较大。然而开发组做了光盘镜像文件, 这部分操作反而简单了, 只需将镜像光盘放入计算机, 对照说明, 输几个简单命令, 等待几分钟, 即可完成系统安装。需要注意的是, 系统安装完成后, 需向主站取得授权, 系统才能正常接收资料。系统正常接收以后, 终端业务应用系统访问接收到的资料有2 种方式:一是直接在Linux服务器上配置samba服务供其他机器访问;二是服务器将文件推送到其他Windows服务器上, 再在Windows服务器上共享文件, 以供其他机器访问。对一般用户来说, 推荐使用第2 种方式, 如果对Linux系统比较熟悉, 能熟练配置samba服务, 则可采取第1 种方式。
2.3 网络环境
小站正常接收资料后, 每天接收的资料量比较大, 峰值可达60 Mb/s, 因此为避免产生网络堵塞, 网络最好采用千兆交换。
3 小站接收系统的维护
小站接收系统正常工作以后, 需要定期或不定期对小站进行维护, 以确保小站正常工作。
3.1 系统的维护
系统的日常维护需要注意以下2 点:一是定期重启接收机和服务器。小站接收机及服务器长时间运行会产生假死情况, 主要表现为系统显示未入锁, 或者已经入锁, 但没有接收数据, 此时只要重启服务器或者接收机就能恢复正常工作。二是及时做好系统备份。接收系统会不定期进行软件升级, 以满足业务的需要。一般系统需要升级时, 主站会在通知栏里给出提示, 并下发升级包。小站接到升级提示及升级包后需及时升级。升级完成后, 需及时做好系统备份, 并将镜像文件拷贝出来刻录成镜像光盘, 以备今后因系统崩溃或其他故障而无法启动时, 用该镜像光盘重新安装系统。
3.2 天线的维护
3.2.1 定期或不定期对天线进行微调。天线安装完毕, 其方位角、俯仰角一般不会发生改变, 除非发生重大事故。然而, 卫星由于长时间运行会发生漂移, 因此需根据实际接收情况, 定期或不定期对天线进行微调, 确保小站接收处于最佳状态。
3.2.2 定期清扫天线抛物面上的灰尘、杂物等, 以确保天线抛物面表面干净、光滑, 如遇冰雪天气, 则需及时清扫冰雪。这是因为电磁波经过表面光滑的抛物面后都会反射到抛物面的焦点位置 (高频头处) , 然而, 如果抛物面表面布满灰尘、冰雪, 此时就会产生漫反射, 电磁波不再聚集在焦点处, 能量不集中, 小站接收系统就会接收不到数据, 处于未入锁状态。另外, 在清理灰尘、杂物、冰雪时, 严禁使用锐利的物品刮擦, 以防止破坏天线表面, 最好用水冲洗, 既能将冰、雪、灰尘冲洗干净, 又不损伤天线表面。
3.2.3 定期检查高频头的塑料盖是否老化破损。原厂自带的塑料盖经过3~4 年的日晒雨淋, 基本都老化破损, 需及时更换。否则, 高频头内部温暖的环境, 极易招致蜜蜂、飞蚁、蜘蛛等昆虫进驻, 从而堵塞高频头, 造成接收机不能入锁。塑料盖尽可能材质均匀、厚度稍薄、尺寸符合高频头的孔径大小。如果塑料盖材质不均匀又比较厚则会降低接收信噪比 (Eb/No) 值。笔者曾做过试验, 若塑料盖材质均匀又比较薄, 基本不影响信噪比, 但若塑料盖材质不均匀又比较厚, 会显著降低接收信噪比, 直至不入锁。
4 结语
CMACast气象卫星资料小站接收系统是中国气象局新一代气象数据卫星广播系统的重要组成部分, 是各级台站接收气象资料开展气象业务工作的基础, 笔者根据实际工作经验, 总结了一些小站接收系统的安装及维护方法, 希望能对从事相关工作的技术人员有所帮助。
摘要：介绍CMACast气象卫星资料小站接收系统的组成结构, 总结其安装方法及日常维护技巧, 以供参考。
关键词：气象卫星资料,小站接收系统,组成结构,安装,维护
参考文献
[1]肖炳坤, 吕锟, 催瑁.卫星数据广播系统CMACast接收天线安装调试[J].电脑知识与技术, 2011 (13) :3171-3172.
[2]王彩霞, 刘伟.反射信号对卫星C波段干扰的分析[J].中国无线电, 2007 (11) :61-62.
[3]李楚洲, 胡民达, 肖华, 等.风云三号气象卫星接收天线的安装与标校[J].气象水文海洋仪器, 2009 (2) :73-76.
气象卫星 篇8
气象卫星作为天基探测的平台, 是获取全球大气探测资料的最佳解决办法, 在气象观测中发挥着越来越突出的、不可替代的作用。气象卫星又分为静止气象卫星和极轨气象卫星2种, 目前拥有气象卫星的国家主要有美国、俄罗斯、欧盟、中国、印度和日本等, 相对于其他对地观测卫星, 极轨气象卫星具有观测重复周期短、信息接收成本低、观测资料一致性好和综合利用程度高等特点。
FY-3A气象卫星是我国第二代极轨气象卫星, 是我国民用遥感卫星中第二代星的第一个系列, 也是我国首次上天的高性能的综合探测卫星。FY-3A气象卫星应用系统能够提供多种图像和定量产品, 这些产品可广泛应用于天气预报、气候预测、自然灾害和环境监测、军事气象和专业气象服务等各个方面。
FY-3A气象卫星应用系统一期工程HRPT/MPT接收系统的主要任务是负责接收FY-3A气象卫星以及同期国外同类卫星下传的低速率X波段信号和L波段信号, 完成接收、变频、解调、进机、分包处理和快视等功能, 并将数据传输到站SAN存储系统。
1FY-3A气象卫星的特点和作用
FY-3A气象卫星已于2008年5月27日发射, 卫星轨道为太阳同步轨道, 高度约为830 km, 轨道倾角约为98.7°, 卫星姿态采用三轴稳定, 单翼太阳能帆板, 实现对日定向跟踪。星载设备有可见光红外扫描辐射计、红外分光计、微波辐射计、微波成像仪和中分辨率成像光谱仪等11种有效载荷源。数据传输采用L、X双频段, 其中在L频段传输除中分辨率成像光谱仪以外的所有探测数据实时传输 (HRPT) , 传输码速率为4.2 Mbps;在X频段进行中分辨率成像光谱仪实时图像传输 (MPT) 以及星上存储延时回放数据的传输 (DPT) , 传输码速率分别为18.7 Mbps和93 Mbps。
FY-3A气象卫星是我国第二代极轨气象卫星系列中的首颗卫星, 该系列卫星共计划发射8颗, 其中前2颗 (FY-3A/B) 为试验卫星, 其后的为业务卫星。FY-3A气象卫星的发射成功、星上有效载荷的正常运行, 将使我国极轨气象卫星事业的发展跨上一个新的台阶, 使我国的对地观测能力和对全球大气探测能力大大提高, 缩短甚至局部超越了与国外同类卫星的差距。
2HRPT/MPT接收系统组成和功能
FY-3A气象卫星HRPT/MPT接收系统的主要任务是接收过境的FY-3A卫星及同期国外同类卫星下传的中、低速率X波段信号和L波段信号, 完成接收、变频、解调、进机、分包处理和快视等功能, 并将接收数据传输到SAN存储系统。该接收系统采用冗余备份设计, 一期工程系统设备分别安装在北京、广州、乌鲁木齐和佳木斯地面接收站。各站基本设备配置如图1所示。
按照图1所示, 每个地面接收站配置3套HRPT/MPT接收系统, 所有的接收系统配置完全相同。每个HRPT/MPT数据接收系统由天线子系统、变频解调子系统、低速率进机及分包子系统等部分构成。HRPT/MPT接收系统每套设备可以同时接收一路X频段信号和一路L频段信号, 在工作模式下可自动接收站管监控计算机的指令配置系统各个设备的工作参数, 完成卫星信号的正常接收。
HRPT/MPT接收系统主要受控设备包括:
① 天线监控计算机:控制天线的ACU和ADU, 控制天线完成自动跟踪、程序跟踪或手动跟踪;
② 下变频器:使其输出与卫星载波频率一致频率;
③ 开关矩阵和数据分配矩阵;
④ 解调器:选择与卫星一致的码速率、调制方式、纠错方式等;
⑤ 解码器:选择与卫星一致的帧格式;
⑥ 进机及分包:选择快视和存储等方式。
3HRPT/MPT接收系统链路计算
FY-F3A气象卫星采用极地轨道, 为正常接收数据信号, 通过链路计算以确定接收系统信道设备各项指标, 计算过程如下:
式中, (G/T) e为接收站品质因数;Eb/N0为码元能量与噪声密度之比:EIRPs为卫星等效辐射功率;LD为总损耗, 即自由空间损耗Lf和跟踪极化大气等损耗之和;K为Boltzman 常数;R为数据速率。其中Lf=92.45+20lgDn+20lgf, Dn为距离 (km) ;f为频率 (GHz) 。
在频率确知的条件下, 可利用卫星到地面站的距离Dn计算求得自由空间损耗Lf。
式中,
当卫星轨道高度为836.4 km, 在保证数据接收误码率小于1×10-6, 链路余量取6 dB的条件下, HRPT/MPT接收链路计算结果如表1所示。
根据上述链路计算结果, 考虑将来兼容接收其他卫星扩容的需要, MTP/HRTP数据接收链路天线口径选择为4.2 m。
4HRPT/MPT接收系统技术特点
HRPT/MPT接收系统主要包括天伺馈、变频、光纤传输、解调和进机分包等设备。其中4.2 m天线是前馈式抛物面天线, 采用高性能L/X双频共用组合式馈源, 天线座架采用X-Y型天线座。跟踪过程中L频段采用程序跟踪、X频段采用在程序跟踪的基础上引入步进跟踪的工作方式, 可对轨道高度大于500 km的任何气象卫星实现工作范围内全空域无盲区跟踪接收, 接收到的信号经过变频、解调处理, 在进机分包设备中进行图像的快视、储存等相关处理, 生成的数据文件可备份在本地硬盘或通过网络传输到SAN服务器。分包处理软件与外部接口如图2所示。
HRPT/MPT接收系统主要功能:
① 能同时接收一路L频段信号和一路X频段信号;
② 跟踪、接收左旋或右旋圆极化信号L频段和X波段遥感数据;
③ 系统仰角3°以上跟踪、5°以上全空域无跟踪接收盲区;
④ 天线具有程控跟踪、手动跟踪、自动跟踪、收藏等功能;
⑤ 站管理系统故障时, 具有自主运行功能, 能保证对信号的接收;
⑥ 当天线与机房距离较远时, 能对天线进行远距离的控制;
⑦ 信息速率:0.5～30 Mbps可调, 最小步长:0.1 kbps;
⑧ 解调方式:BPSK/QPSK/OQPSK;
⑨ 对接收的HRPT、MPT数据按照CCSDS标准进行解包;
⑩ 对同一轨道的数据可按照时间段要求分段存储。
目前, FY-3A气象卫星一期建设已经圆满结束, 各地面站设备已经投入正式试运营阶段。2008年5月29日卫星第一次下发HRPT业务数据, 各地面站都准确收到了卫星信号并生成了质量良好的卫星云图。
5结束语
未来极轨气象卫星将会和静止卫星、资源卫星以及其他对地观测卫星联合起来, 组成一个功能强大的全球对地观测网, 人类将迎来对地遥感信息获取新的发展时期;随着天基观测系统的发展, 地面接收系统也将迎来新的机遇, 未来的地面接收系统将会更加适应发展要求, 采用集成化的设计技术以满足兼容接收不同对地观测卫星、不同业务类型的需求。
参考文献
[1]范天锡.风云三号气象卫星的特点和作用[J].气象科技, 2002, 30 (6) :321-327.
[2]殷琪.卫星通信系统测试[M].北京:人民邮电出版社, 1997.
气象卫星 篇9
风云三号(Fengyun-3,FY-3)气象卫星是我国实现全球、全天候、多光谱、三维、定量遥感的第二代极轨业务气象卫星[1],可实现全球、全天候、三维定量遥感,在气象、海洋、水利、农业、交通以及环境等领域广泛应用。随着FY-3数据和产品在全球数值天气预报业务模式中的广泛应用,其各级产品的发布时效也逐渐成为衡量整个星地业务系统设计合理性和数据处理效率的重要指标之一。FY-3星地业务系统数据传输与处理的环节较多,地面系统的平台多为异构且较为复杂[2],影响其时效性的因素也是多种多样。
本文通过卫星数据获取、地面站数据接收与传输、原始资料的汇集与预处理以及对各仪器L1(Level-1)数据的加工,对L2(Level-2)产品生成环节的信息进行采集与处理,构建数据生成时效分析系统并建立数据生成时效性数据库,能够对星地业务系统各类产品生成时效进行客观的量化评估,为业务优化与改进、相关业务数据发布时效指标与周期的制定等提供有效支撑。
1 星地业务系统数据生成时效分析系统构建
1.1 星地业务系统数据处理流程分析
FY-3星地业务系统数据处理流程主要由4个阶段组成,如图1所示。
(1)数据记录与下传阶段。生产实时数据中的高分辨率图像传输数据(High Resolution Picture Transmission,HRPT)和中分辨率图像传输数据(Medium resolution Picture Transmission,MPT),然后直接通过卫星数传系统下传广播;生成存储回放图像传输数据(Delayed Picture Transmission,DPT)后记录在FY-3卫星的固态存储器中,根据卫星程控方案与地面数据接收站点位置布局,在地面接收站指定的俯仰角范围内进行下传广播。
(2)数据接收和传输阶段。地面站接收卫星数据后,根据不同信道(HRPT/MPT/DPT)按固定时段切块,形成原始分块数据文件(RAW),并向处理中心进行同步并行传输。
(3)数据汇集阶段。处理中心将各地面站传输的原始分块文件进行处理,包括分通道拆包解包、多站数据去重复、优化拼接等作业,最后根据各种仪器使用要求生成不同时间粒度(分段、分弧段、按轨道)的L0(Level-0)数据。
(4)产品生成阶段。以L0为数据源,依照实时或延迟数据处理调度策略处理实时数据和延迟到达的数据;启动各仪器各阶段的产品处理作业流程,生成经地理定位和辐射定标后[3]的L1预处理产品及根据不同科学算法所反演生成的不同地球物理量L2产品,并同步进行数据分发与存档。
1.2 时效分析建模
针对FY-3业务系统数据处理流程中4个阶段的数据生成过程,定义4个阶段的数据生成延迟时间,分别为星地延迟(Delay_StoG)、传输延迟(Delay_GtoC)、汇集延迟(Delay_CtoL0)和产品生成延迟(Delay_LtoL),其中:Delay_StoG=目标数据地面接收时间(timeForReceive)-目标数据仪器观测时间(timeForObs)Delay_GtoC=目标数据到达处理中心时间(timeForCenter)-timeForReceive Delay_CtoL0=目标数据汇集完成时间(timeForL0)-(timeForCenter)Delay_LtoL=高级别数据生成时间(timeForL_high)-低级别数据生成时间(timeFor_low)。
数据生成时效性分析系统将星地业务流程中的数据生成信息采集后,根据Delay_StoG、Delay_GtoC、Delay_GtoL0、Delay_LtoL分析判别各个环节的数据生成时延。
1.3 系统构建
星地业务系统数据生成时效分析系统主要由4个功能模块以及数据库组成,即星地数据信息获取模块、数据传输模块、数据整合去重复入库模块、数据分析模块和时效分析数据库,如图2所示。其各自功能如下:
(1)星地数据信息获取模块。负责原始数据采集,需要从业务系统各个环节中采集原始数据信息,包括地面站数据接收时间表信息、与时效相关的工程遥测信息、地面站数据接收信息、中心原始分块数据汇集与处理信息、各级产品文件生成信息等。
(2)数据传输模块。负责将星地数据信息获取模块收集到的信息传输到星地业务系统运行时效分析系统所在运行服务器的指定存储位置。
(3)数据整合去重复入库模块。将星地数据信息获取模块收集到的原始信息进行加工,逐条解析,去掉重复部分,并将信息按类别输入至时效分析数据库中的各个表中。
(4)数据分析模块。通过时效性分析逻辑按时间序列对数据库各个表中的数据进行关联查询与分析,给出统计与分析结果。
(5)时效分析数据库。存放分类标准化后的数据信息,包括各业务环节的数据生成状态表、时效分析结果表等,具有数据分区存放、联合索引查询等数据库查询调优策略。
2 数据生成时效结果分析
系统以轨、日、月、年为不同时间粒度进行数据生成时效分析,以月、年为时间粒度进行分析需要在数据库中进行完整的数据积累。本文以轨、日为时间分析粒度,对具有典型时效性要求、以5分钟段为单位的中分辨率光谱成像仪(Medium Resolution Spectral Imager,MERSI)数据和以轨道(FY-3极轨卫星[4]轨道周期约为102分钟)为单位的微波湿度计(MicroWave Humidity Sounder,MWHS)数据进行举例分析。
MERSI分析样本选取2014/10/14日FY-3C卫星扫描轨道号第5474轨(降轨)的卫星观测数据。时效分析结果如下图3所示。
5474轨卫星观测到的MERSI数据从2014/10/14 00∶55∶00开始,到01∶45∶00结束,之后卫星进入地影。从图3可知两块五分钟数据扫描开始时间为01∶05∶00和01∶10∶00,各业务环节的延迟均较少(L2产品生成时间在1 000秒以下),这是因为该数据由佳木斯地面站的实时MPT信道(卫星过境接收时间:01∶04∶30至01∶16∶04)接收,星地几乎无延迟,地面站采用文件切块的方式传输RAW数据,在充分利用通信带宽的基础上实现了低延迟传输[5];其它时间的观测数据则存在明显的星地延迟和传输延迟,这是由于这些数据被计入卫星的DPT固存中,需要在5475轨或5476轨才能完全下传至地面站,且传输采用整轨RAW文件传输(不切块)的方式,因此会产生相对较大的传输时延(20至30分钟),随着星地延迟的增加,数据汇集和L0文件生成时延开销也会相应的增加。图4为5474轨FY-3C卫星MERSI观测数据的平均生成时延,星地时延是业务流程中的主要瓶颈。
图5为2014-10-14全天FY3C卫星MWHS观测数据的时延分析。
由于MWHS以轨道为文件处理单元,因此全天的数据星地时延均较大(2小时以上),汇集时延在01∶18至06∶23时段增大的原因是这些数据在传输时出现较长延迟,产生了处理时延放大效应。
从系统分析可知,分块粒度较小的数据生成时延要远小于分块粒度较大的数据,这是由于分块粒度较大的数据需要进行多轨拼接合成,其处理过程中的时间开销相对较大。
3 结语
本文梳理了风云三号气象卫星及其地面应用系统的数据生成与处理流程,根据不同业务环节的数据处理特点建立了数据生成时效评估模型,并在此基础上设计了数据生成时效性分析系统。最后以典型的具有生成时效要求的两类仪器数据进行举例分析,结果表明,星地时延是业务流程中的主要瓶颈之一。FY-3数据不同仪器的数据生成时延与分块处理的粒度大小有关。本系统可为地面数据接收站点布局规划和业务系统设计提供有价值的参考,同时其积累的数据生成时效信息可为具有高时效应用需求的产品发布周期提供量化依据。
参考文献
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气象卫星 篇10
这次发射，是欧洲Ariane 5型火箭第33次发射以及连续第19次成功发射，也是该型火箭2007年第6次发射任务中的第3次发射。Arianespace公司称，2007年前3次发射已将6颗通信卫星送入预定轨道。而Ariane 5型火箭今年的第4次发射将在9月底进行，预计由一枚Ariane 5型火箭同时发射美国Intelsat 11及澳大利亚Optus D2两颗通信卫星。
▲美国Ka波段宽带通信卫星
Spaceway 3
Spaceway 3卫星是美国波音卫星系统公司（BSS）为休斯网络系统公司（HNS）设计和建造的一颗新一代Ka波段宽带通信卫星，发射重量6075公斤，是BSS公司迄今建造的重型通信卫星之一，服务寿命超过12年。该卫星采用波音公司高功率大容量的Boejing 702型卫星平台，配置了68个Ka波段转发器，星上太阳能帆板展开时达40米，未来投入商业运行后将成为HNS公司构建Ka波段新型宽带卫星网络的组成部分。据称，Spaceway 3卫星采用了一系列创新的设计，包括卫星总容量达10Gbps；是世界上首颗星上可实现手动控制、操作转换与宽带通信路由的卫星，支持卫星终端之间的单跳通信；利用先进的天线技术可实现动态构建产生形点波束，为用户提供真正的带宽按需服务，进行灵活地动态管理等。
据悉，在未来几个月的在轨测试全部完成后，Spaceway 3卫星预计在2008年1月开始其商业服务。届时，它将在95°W轨位上运行，为北美、阿拉斯加、夏威夷和部分拉丁美洲地区的企业、政府机构及消费者提供因特网、广泛的IP数据、语音、视频及多媒体应用的双向高速通信服务。
休斯网络系统公司表示，Spaceway 3卫星升空投入运行后，休斯公司的服务将进入Ka波段宽带卫星网络的新时代，并进步增强公司在市场上提供宽带卫星网络服务的实力。休斯公司是为全球大型企业、政府机构、小型商行以及消费者提供宽带卫星网络及服务的主要供应商，目前已为全世界100个国家的用户提供了超过120万套的休斯卫星网络系统。
▲日本Ku波段电视直播卫星
BSAT 3A
日本新一代电视直播卫星BSAT 3A由美国洛克希德·马丁商业空间系统公司（LMCSS）为日本广播卫星系统公司（B-SAT）建造。与现在轨运行的BSAT 2A/2C卫星只装4个Ku波段转发器、服务寿命仅10年相比，BSAT 3A卫星具有更大的功率、更多的Ku波段转发器和更长的服务寿命。该卫星采用洛·马公司A2100A型卫星平台，发射重1980公斤，在轨设计寿命超过13年，携带12个BSS12GHz频段、TWTA输出功率130W的Ku波段转发器（8个转发器可同时运行），未来将在110°E轨位上服役，为整个日本群岛的电视家庭提供BS卫星直播数字电视服务。日本卫星广播起步于1984年，目前接收NHK频道等BS卫星电视服务的日本家庭用户已超过2300万户。
气象卫星 篇11
在我们日常生活工作中, 公共气象信息服务扮演着十分重要的角色, 能够使我们提前预知未来的天气, 进而安排自己的日程。随着经济的发展, 人们对于生活质量的要求越来越高, 因此对基层气象部门的公共气象信息服务提出了新的要求。
一、目标规划
在经济高速发展的今天, 科技发生着日新月异的变化, 基层气象部门公共气象服务也在发生着翻天覆地的变化。公共气象服务的业务系统是气象服务的基础, 能够及时地拓宽其他业务环节和完善整个气象系统, 并且使得气象人员的素质得以提升, 还使得基层气象部门的服务管理水平有了很大的提高。最终使整个社会生活秩序进入稳定的阶段, 使整个气象的服务效益得到提升。
在气象信息服务中, 应该始终坚持“资源、安全、公共”的理念, 把人民的利益和社会的经济发展作为信息服务的核心, 完善整个气象信息服务系统, 使得其能够更好地适应气候的变化, 并且能够有效地防灾。我国气象公共信息系统可分为服务、预报和综合观测几个业务系统。
二、发展现状
2.1成就
2.1.1服务领域。
如今气象服务的领域已经拓宽到我国的各行各业, 尤其是在农业、交通、林业和环境上取得了防灾的显著成绩。目前基层气象部门的气象服务体系不断完善, 受到了人民的好评, 并且受到了政府的重视。
2.1.2覆盖面。
随着科技的进步, 公共气象信息服务覆盖的面积越来越大, 主要是因为气象信息发布的手段和方式得到了优化。现在基层气象部门的队伍正在逐步扩大, 并且素质在不断提高。
2.1.3服务能力。
在基层气象部门工作时, 应该把决策服务作为工作的重心, 因为现在我国各地的突发自然灾害比较多, 一个好的决策, 对于突发事件和自然灾害的防御和救援有着十分重要的作用。
2.2存在问题
2.2.1满足不了大众的要求, 在实际生活工作中, 气象的服务在预备预警时, 很难保证每天的精细化和准确性, 远远不能满足大众和国家的需求。现在存在着预报重于服务的现象, 使得公共气象服务的效益评估、信息处理与大众的需要存在着很大的差距。
2.2.2现代的世界科技发展比较迅速, 但是基层部门的基础设施和人力资源远远不能满足气象事业的发展, 机构的不健全和人才的匮乏在很大程度上阻碍了现代气象事业的发展。
2.2.3就我国气象服务来看, 基层公共气象的服务设施现代化程度和基础设施与发达国家相比还存在着较大的差距, 要想使气象综合观测系统进入现代化的历史阶段, 提高气象防灾能力, 提高气象预报的准确性, 应该加大对公共气象信息服务的技术投入。
2.2.4随着经济的发展, 人们的追求不断提高。对于气象的服务领域来说, 应该使其不断得到新的拓展。为了使其适应国家发展改革的需求, 应该使气象财务、管理、人员和机构方面的工作得到相应的规范。
三、完善措施
3.1壮大基层队伍。
就我国现状来说, 基层台站人员的待遇不是十分优越, 与现代公共气象的服务质量存在着较大的差距。因此应该加强优秀人才的引进, 加强高素质人才的队伍建设。首先要加强气象部门的经费, 这样能够加速基层气象部门的现代化建设, 并且能使职工的生活得到保障, 使队伍建设更加稳定。此外还应该加强队伍的专业培训, 定期的考核, 优化岗位的管理。
3.2加强气象服务能力的保障, 提高预报的准确率。
基层气象在我国国民经济中占有十分重要的地位, 能够使国家和人们有效的预防突发事件。为了提高基层气象的业务水平和服务能力, 应该普及人们的气象变化知识, 基层气象部门应该有针对性的预报气象, 并且使预报的领域不断拓宽, 充分利用科技的力量, 提高气象预报的准确率。
3.3优化服务体系
3.3.1防灾减灾。
对于灾情的收集和评估要及时, 对于灾情的原因应该有十分透彻的分析, 规划好所属地区的灾害防御体系, 完善灾情调查和报道的网络建设。加强灾害信息的发布, 健全信息发布的制度。做好气象预警、气象应急和灾害的防御工作。
3.3.2普及大众。
基层气象部门在进行气象预报时, 应该将与人们生活关系密切的相关信息及时的传递给大众。像一些手机气象平台的建设应该加强, 因为人们能够在工作出行时方便的知道气象的变化。在信息服务中, 应该加强对大众气象变化的各种知识的普及, 通过各种网络技术和宣传报的形式向大众传递有用气象信息。
结语
随着经济的发展, 人们对于生活质量的要求越来越高, 因此对基层气象部门的公共气象信息服务提出了新的要求。笔者对公共气象服务的目标、发展现状进行了详细的分析, 并且结合我国基层气象部门的实际提出了一系列的解决措施, 希望能够完善我国公共气象的服务体系。
参考文献