风云卫星数据及产品应用手册

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:4.38mX2mX2m,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务等。

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：|Aa|W5公里

轨道倾角偏差：|Ai|W0.1°

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：W0.3°

⑶三轴测量精度：W0.05。

⑷三轴姿态稳定度:W4X107°/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日计数和日亳秒计数

⑵记时单位：1亳秒

⑶时间精度(星地总精度):小于20亳秒

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

(2)空间分辨率：星下点分辨率LlKm

(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)MTF20.3

(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IF0V

(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：Ik(270k)。

表1-1可见光红外扫描辐射L光谱性能

噪声等效反射率P(%)动态范围

通道波段范围(um)

噪声等效温差(300k)(P或k)

10.58-0.680.1%0-100%

20.84-0.890.1%0-100%

33.55-3.930.4k180-350k

410.3-11.30.2k180-330k

511.5-12.50.2k180-330k

61.55-1.640.15%0-90%

70.43-0.480.05%0-50%

80.48-0.530.05%0-50%

90.53-0.580.05%0-50%

101.3251.3950.19%090%

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73K

红外定标精度1K@(27OK)

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

中心中心半功率最高NEAN贝献

通道主要吸收

波数波长带宽温度(mW/m2最大层

序号气体成份

(cm-1)(Pm)(cm~l)(K).sr.cm-1)(hPa)

166914.953C022804.0033

268014.711()C022650.8063

369014.4912C022500.60100

470314.2216C022600.35400

571613.9716C022750.32600

673313.6416C02/II202900.36800

774913.3516C02/H203000.30900

880212.4730大气窗区3300.20地表

990011.1135大气窗区3300.15地表

10103()9.7125032800.2025

1113457.4350H2O3300.23800

1213657.3340H202850.30700

1315336.525511202750.30500

1421884.5723N2O3100.011030

1522104.5223N202900.01950

1G22354.4723CO2/N2O2800.01700

1722454.4523CO2/N2O2660.01400

1823884.1925C023200.01大气

1925153.9835大气窗区3400.01地表

2026603.76100大气窗区3400.002地表

21145000.691000大气窗区100%A0.10%A云

22112990.885385大气窗区100%A0.10%A地表

23106380.94550H2O100%A0.10%A地表

24106380.94200H20100%A0.10%A地表

2580651.21650H20100%A0.10%A地表

2660981.644501120100%A0.10%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＜().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

定标精度

通道中心频率主要吸带宽NEAT天线波束动态范围

(不含NEAT)

序号(GHz)收气体(MHz)(k)效率闾(K)

(K)

150.30窗区180+10%0.55>903-3401.2

(2X170)

253.596±0.115020.4>903-3401.2

±10%

354.9402400+10%0.4>903-3401.2

457.29002330±10%0.4>903-3401.2

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1-7O

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《）.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NEAT)

表1-7光谱通道技术指标

单边接收机

通道中心频率主要吸NEAT频率天线波动态

带宽工作方式

序号（GHz）收气体(k)稳定度（MHz）束效率范围（K）

（MHz）

1150(V)窗区1000±10%1.150>93%双边带3-340

2150(H)窗区1000±10%1.150293%双边带3-340

3183.31±1H2O500±10%1.230>95%双边带3-340

4183.31±3H201000±10%1.130295%双边带3-340

双边带

5183.31±7H2O2000±10%1.230295%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：土（55.1±0.05）度

（4）扫描器转速：4D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）饱和恢兔：W6个像元（1000米）

《24个像元（250米）

（10）MTF：-0.27（1000米）

20.25（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：

C1I1-4,6-14：7%（反射率）

CH15-2O：10%（反射率）

红外通道:Ik(270k)

(13)同•・通道，不同像元响应的不均匀性：W5-7%(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

通道噪声等效反射率

中心波长光谱带宽空间分辨率动态范围(最大反射

序号P(就、温差

(微米)(微米)(米)率P、最大温度K)

(300K)

10.4700.052500.45100%

20.5500.052500.4100%

30.6500.052500.4100%

40.8650.052500.45100%

511.252.52500.54K330k

60.4120.0210000.180%

70.4430.02100()0.180%

80.4900.0210000.0580%

90.5200.0210000.0580%

100.5650.0210000.0580%

110.6500.0210000.0580%

120.6850.0210000.0580%

130.7650.0210000.0580%

140.8650.0210000.0580%

150.9050.0210000.1090%

160.9400.0210000.1090%

170.9800.0210000.1090%

181.0300.0210000.1090%

191.G400.0510000.0890%

202.1300.0510000.0790%

1.2.5.6微波成像仪(MWRI)

微波成像仪通道特性列于表l-9o

表1-9微波成像仪通道特性

频率(GHz)10.6518.723.836.589

极化V.11V.HV.1IV.HV.H

带宽(VHz)1802004009002X2300

灵敏度(k)0.61.01.01.02.0

定标精度(k)1.22.02.02.02.8

动态范围(k)3〜340

采样点数240

量化等级12比特

主波束效率290%

地面分辨率

51X8530X5027X4518X309X15

W(kmXkm)

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

0.34ms(相邻扫描线)、hns(连续30分钟内)

(ms)

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

表1-10大气模式的仪器光谱特性

通道中心波长(nm)带宽(nm)

1252.00±0.051+0.2,-0

2273.62±0.051+0.2,-0

3283.10±0.051+0.2,-0

4287.70±0.051+0.2,-0

5292.29±0.051+0.2,-0

6297.59+0.051+0.2»-0

7301.97±0.051+0.2,-0

8305.87±0.051+0.2,-0

9312.57±0.051+0.2,-0

10317.56+0.051+0.2,-0

11331.26±0.051+0.2,-0

12339.89±0.051+0.2,-0

云盖光度计379.OOil.OO3+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16hit/档)

⑤灵敏度：

亮度：6X10-4uw/cm2•sr•nm(X=252nm)Rj-,S/N230

(第一颗星)S/N25

照度：0.5W/cm3(A=160nm)时,S/N22

⑥杂散光：4.5X10-5量级

⑦辐痉、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。

O星.上应监测仪加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(T0U)

(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17。

表1-11仪器的光谱特性

通道中心波长(nm)带宽(nm)

1308.68±0.151+0.3,-0

2312.59±0.151+0.3,-0

3317.61+0.151+0.3,-0

4322.40+0.151+0.3,-0

5331.31±0.151+0.3,-0

6360.11±0.251+0.3,-0

(2)动态范围：104,详见表1T2

表1-12动态范围

通道中心波长(nm)探测最小亮度探测最大亮度

(jxW/cm2,nm.sr)(pW/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<0.108230.525

360.11<0.207>34.683

(3)灵敏度：WO.004uW/UIII2-sr-iim(S/N-l)

⑷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:一亮、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

(ID星上应作波长监则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：100〜14001V/m2

(2)光谱范围：0.2〜50Hm

⑶测量灵敏度：0.2Viu-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：

(D辐亮度范围

短波通道：0-370Wm-2Sr-l,全波通道：0-500Wm-2Sr-U

(2)定标精度

短波通道：战；全波通道：0.8%

(3)灵敏度

短波通道:0.4Wnr2Sr-l；全波通道：0.4Wm-2Sr-lo

(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

1P13.0〜5.0MeV

2P25.0〜10MeV

3P310〜26MeV

4P426〜40MeV

5P540〜100MeV

6P6100-300MeV

(2)重离子能道

表1-14重离了•探测主要指标

通道探测重离子能量范围

1He12~110MeV

2Li,Be,B24〜220MeV

3C,N,0,F,Ne,Na60〜570MeV

4Mg,Al,Si,P,S,Cl().2〜1.2GeV

5Ar,K,Ca,Sc,Ti0.3〜2.0GeV

6Fe0.5〜2.0GeV

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DataAqurizationSystemDAS

运行控制系统Operation&ControlSystemOCS

数据预处理系统DataPreProcessingSystemDP2S

产品生成系统ProductsGenerationSystemPGS

监测分析服务系统Analysis&ServiceSystemASS

产品质量检验系统QualityControlSystemQCS

计算机及网络系统Computer&NetworkSystemCNS

数据存档与检索服务系统Archival&RetrievalServiceSystemARS2

应用示范系统UsersDemonstrationSystemUDS

仿真与技术支持系统Simulation&TechniqueSupportSystemSTS2

有效载荷飞机试验系统PayLoadAirplaneSystemPAS

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VisibleandInfraRedRadiometerVIRR

红外分光计InfraRedAtmosphericSounderIRAS

中分辨率光谱成像仪MediumResolutionSpectralImagerMERSI

微波温度计MicroWaveTemperatureSounderMWTS

微波湿度计MicroWaveHumiditySounderMWHS

微波成像仪MicroWaveRadiationImagerMWRI

地球辐射探测仪EarthRadiationMeasurementERM

太阳辐射监测仪SolarIrradiationMonitorSIM

紫外臭氧总量探测仪TotalOzoneUnitTOU

紫外臭氧垂直探测仪SolarBackscatterUltravioletSounderSBUS

空间环境监测器SpaceEnvironmentMonitorSEM

表2-3缩略语表一数据及产品名称

英文中文缩略

MEdiumresolutionSpectralPicture风云三号中分辨图像传输MPT

Transmission

HighResolutionPictureTransmission风云三号高分辨图像传输HRPT

DelayedPictureTransmission风云三号延时图像传输DPT

OrbitalElements轨道根数ORB

SatelliteOrbitDecision卫星轨道计算SOD

CALibrationParameters定标参数CAL

CLoudDetection云检测结果CLD

SEGmcntClusterDataset段气候数据集SEG

CLoudClassification云分类结果CLC

CloudAnalysis云分析参数CLA

CloudTotalAmount云总量CTA

AtmosphericMotionVectors大气运动矢量AMV

PRecipitationEstimation降水估计PRE

PRecipitationIndex降水指数PRI

TemperatureBlackbodyEquivalent相当黑体温度TBB

OutgoingLongwaveRadiation出射长波辐射OLR

HumidityProFilederivedfromCloudAnalysis用云分析出的湿度廓线HPF

TotalPrecipitationWaterforClearSky晴空大气可降水TPVV

UpperTroposphereHumidity对流层上部湿度UTH

FOGDetection浓雾自动分析FOG

ProductsfromEnergyWaterBalanceSystem能量水份平衡系统EWB

SeaSurface_Temperature海表温度SST

SeaICE海冰ICE

DuSTStormMonitoring沙尘监测产品DST

FLooDMonitoring水情监测产品FLD

FIReMonitoring火情监测产品FIR

SoilMoisture地表土壤含水量SOL

TropicalCycloneLocation&Intensity热带气旋卫星定位TCL

Information

ImageMOSaic拼图MOS

SNoWCover积雪SNW

SurfaceSolarIrradiance地面入射太阳辐射SSI

NormalizedDerivedVegetationIndex归一化植被指数NVI

SatelliteandGroundEquipmentSTatUs卫星和地面设备工况STU

ImageAcquisitionSystem图像获取系统IAS

ISCCP_Data_SctISCCP数据集IDS

CodedTelemetry编码遥测TMC

AnalogTelemetry模拟遥测TMA

SensorAlignmentParaireters图像通道配准参数SAP

ProductCustomizedTailor产品定制处理PCT

英文中文缩略

Product_Personation_Processing产品替代处理PPP

TelemetryandTele-Command遥测和遥控TTC

表2・4缩略语表——数据及产品格式

英文中文缩写

AdvancedWcathcr-satcllitecXchangcformat9210分发及PGS中间数AWX

据集数据格式(V2.0)

HierarchicalDataFormat分层数据格式(V5.1.4)HDF

JointPictureExpertGroup联合压缩文件格式JPG

BitMappingPicture位图格式BMP

第3章HDF说明

3.1HDF简介

HDF(HierarchicalDataFormat)是用于存储和分发科学数据的一种自我描述、多对1

象文件格式。HDF是由美国国家超级计算应用中心(NCSA)创建的，以满足不同群体的科学

家在不同工程项目领域之需要。HDF被设计为：

。自述性：对于一个HDF文件里的每一个数据对象，有关于该数据的综合信息(元数

据)。在没有任何外部信息的情况下，HDF允许应川程序解释HDF文件的结构和内容。

◊通用性：许多数据类型都可以被嵌入在一个HDF文件里。例如，通过使用合适的

HDF数据结构，符号、数字和图形数据可以同时存储在一个HDF文件里。

◊灵活性：HDF允许用户把相关的数据对象组合在一起，放到一个分层结构中，向数

据对象添加描述和标签。它还允许用户把科学数据放到多个HDF文件里。

令扩展性：HDF极易容纳将来新增加的数据模式，容易与其他标准格式兼容。

。跨平台性：HDF是一个与平台无关的文件格式。HDF文件无需任何转换就可以在不

同平台上使用。

HDF是存储科学数据的容器，能够存储图像、多维数组、表格等，强调存储和I/O效

率。HDF在国际科学界和产业界得到广泛支持。HDF是一个开放式的数据格式，针对不断出

现的新应用，HDF也在不断的升级。HDF新的版本支持网络化环境下的资料服务应用需求，

目前已经有大量基于Internet的HDF数据文件发布和应用程序(如JVH等)。更重要的是，

这种升级与应用软件的编制是无关的，保证了程序和数据的向上兼容性。

3.2HDF库介绍

NCSA提供了各类UNIX平台、Windows平台的HDF库。并且提供的语言接口有FORTRAN

和C语言，也有用于Java程序员访问HDF文件的JavaHDF接口程序。

3.3HDF的6种基本数据类型

HDF提供6种基本数据类型：光栅图像(RasterInage),调色板(Palette),科学数

据集(ScientificDataSet),注解(Annotation),虚拟数据(Vdata)和虚拟组(Vgroup)0

所有的这6种基本数据类型由图37来阐明。

HDFDataStructures

RasterImagePalctlc

(8-bii.24-biiandGeneral

Raster)

ScicntiHcDataSet

(Multidimensionalarray)