CN116256820B - 用于具有快速成像仪的卫星的强对流天气观测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了用于具有快速成像仪的卫星的强对流天气观测系统，所述系统包括感知子系统，采集实时观测任务；多源信息综合分析子系统，生成实时气象要素信息数据；报文解析子系统，解析报文数据得到预警信息；观测要素计算子系统，根据接收的所述多源信息综合分析子系统以及所述报文解析子系统中的信息，计算卫星观测因子；观测决策子系统，根据所述卫星观测因子以及所述实时观测任务，确定卫星的观测决策，以对多区域观测任务进行星地调度。通过本申请可实现自动智能调度卫星。
Description
技术领域
本申请涉及卫星观测技术领域，具体而言，涉及一种用于具有快速成像仪的卫星的强对流天气观测系统。
背景技术
FY-4B星是首发业务星，目前位于125°E，赤道上空，主要装载多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪、快速成像仪和空间天气监测仪器包等有效载荷，能够获取地球表面和云的多光谱、高精度定量观测数据和图像，实现大气温度和湿度参数的垂直结构观测，实现区域快速成像观测，进行卫星图像、遥感数据、产品的广播分发和灾害性天气警报信息发布，并为空间天气预报业务和研究提供观测数据。
快速成像仪是风云四号卫星的主要有效载荷之一，在地球静止轨道对区域进行连续、快速多通道成像观测，直接为天气分析和预报、气候预测以及环境和灾害监测服务。观测波段覆盖可见光全色、真彩色、短波红外和长波红外波段。
针对相关技术中调度卫星进行观测反应速度慢、智能化程度不足的的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种用于具有快速成像仪的卫星的强对流天气观测系统，以解决相关技术中调度卫星进行观测反应速度慢、智能化程度不足的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种用于具有快速成像仪的卫星的强对流天气观测系统，其中，所述系统包括：
感知子系统，采集实时观测任务；
多源信息综合分析子系统，生成实时气象要素信息数据；
报文解析子系统， 解析报文数据得到预警信息；
观测要素计算子系统，根据接收的所述多源信息综合分析子系统以及所述报文解析子系统中的信息，计算卫星观测因子；
观测决策子系统，根据所述卫星观测因子以及所述实时观测任务，确定卫星的观测决策，以对多区域观测任务进行星地调度。
在一些实施例中，所述观测要素计算子系统还包括：
第一时刻的观测区域中心位置计算模块，用于计算第一观测区域中心点经纬度信息，并实时发送至所述观测决策子系统；
第一时刻至第二时刻的观测区域中心位置计算模块，用于计算第二观测区域中心点经纬度信息，并实时发送至所述观测决策子系统；
单次观测范围计算模块，用于计算观测系统落区面积数据、观测系统落区观测经纬度范围数据，并实时发送至所述观测决策子系统；
第一时刻至第二时刻的总观测范围计算模块，用于计算第一时刻至第二时刻的总观测范围，并实时发送至所述观测决策子系统；
第一时刻至第二时刻的总观测耗时计算模块，用于计算第一时刻至第二时刻的总观测耗时，并实时发送至所述观测决策子系统，所述第一时刻为T，第二时刻包括T+24的时间周期。
在一些实施例中，所述观测决策子系统，还包括：
固定观测决策模块，用于生成固定区域的观测模式参数数据、固定区域的观测中心点经纬度数据，并实时分发至时间表智能生成子系统；
高频观测决策模块，用于生成高频固定区域的观测模式参数数据、高频固定区域的观测中心点经纬度数据，并实时分发至时间表智能生成子系统；
单次观测时间决策模块，用于生成单次单个因素观测时间数据，并实时发送至灵时间表智能生成子系统；
多区域观测位置决策模块，用于生成多区域的观测模式参数数据、多区域的观测模式中心点经纬度参数数据，并实时分发至时间表智能生成子系统；
多区域循环观测决策模块，用于生成多区域灵活循环观测数据，并实时分发至时间表智能生成子系统；
系统组合观测决策模块，生成区域组合观测数据，并实时分发至时间表智能生成子系统。
在一些实施例中，还包括：时间表智能生成子系统，用以接收观测决策子系统中的数据并生成观测任务时间表，所述时间表智能生成子系统包括：
固定观测任务时间表参数生成模块，用于根据所述固定观测决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表；
高频观测任务时间表参数生成模块，根据所述固定观测决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；
单次观测时间任务时间表参数生成模块，根据所述单次观测时间决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；
多区域观测位置任务时间表参数生成模块，根据所述多区域观测位置决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；
多区域循环观测任务时间表参数生成模块，根据所述多区域循环观测决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；
组合观测任务时间表参数生成模块，根据所述系统组合观测决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；
灵活观测任务时间表智能生成模块，根据所述观测决策子系统中的数据生成时间表自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新。
在一些实施例中，还包括：调度子系统，
所述调度子系统，用于根据第一时刻至第二时刻观测区域或者观测季节调度所述观测系统协同观测优先级顺序级，进行多天气系统协同观测；
以及同步调度固定观测任务、高频观测任务、多区域循环观测任务、组合观测任务多种观测任务；
根据季节的变化及观测区域的不同，调度多种观测任务的优先级，并依据观测需求的变更针对观测任务进行智能排序，调度第一时刻至第二时刻的观测任务时间表。
在一些实施例中，还包括：指挥控制子系统，用于根据所述观测任务，对所述观测系统进行启动或停止。
在一些实施例中，还包括：智能配置子系统，用于对于观测系统中配置信息的管理、部署、运维，所述智能配置子系统包括：
观测初始化模块， 用于对所述观测系统进行初始化启动；
观测智能适配模块，用于根据地面应用系统配置参数创建所述观测系统所需的配置参数。
在一些实施例中，所述感知子系统、所述多源信息综合分析子系统、所述报文解析子系统、所述 观测要素计算子系统、所述观测决策子系统，用于暴雨及强对流天气。
在一些实施例中，还包括：所述感知子系统中采集的实时观测任务以及所述多源信息综合分析子系统中生成实时气象要素信息数据，基于单个或多个快速成像仪。
在一些实施例中，所述观测决策子系统，还用于决策卫星载荷第一时刻至第二时刻的多个观测位置进行循环观测。
在本申请实施例中，用于具有快速成像仪的卫星的强对流天气观测系统，可实现自动智能调度卫星实现多种观测模式进行灵活观测天气。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的用于具有快速成像仪的卫星的强对流天气观测系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以下以暴雨或者强对流天气作为观测系统的使用场景进行详细说明，可以理解，本申请的保护范围并不限于上述使用场景。
根据本申请实施例，如图1所示，是根据本申请实施例的用于具有快速成像仪的卫星的强对流天气观测系统100结构示意图，具体包括：
感知子系统110，采集实时观测任务；
多源信息综合分析子系统120，生成实时气象要素信息数据；
报文解析子系统130， 解析报文数据得到预警信息；
观测要素计算子系统140，根据接收的所述多源信息综合分析子系统以及所述报文解析子系统中的信息，计算卫星观测因子；
观测决策子系统150，根据所述卫星观测因子以及所述实时观测任务，确定卫星的观测决策，以对多区域观测任务进行星地调度。
所述感知子系统110用于采集实时观测任务，主要针对快速成像仪进行暴雨观测的需求进行实时智能感知。所述感知子系统110辨识观测需求生成暴雨及强对流天气系统观测需求信息数据，并分别实时发送至所述多源信息综合分析子系统120、所述报文解析子系统130以及所述观测决策子系统150。
具体实施时，所述感知子系统110收集中央气象台、科研用户、高级用户等多类型用户的开始观测、结束观测、持续观测等需求信息，以及单个或多个暴雨及强对流天气的蓝色、黄色、红色预警信息，具备实时更新收集信息。
所述多源信息综合分析子系统120用于生成实时气象要素信息数据。具体实施时，针对快速成像仪单个或多个目标观测暴雨，智能收集多源暴雨数据信息，包括国内外多星探测气象信息等，地面气象雷达、观测站等探测到雷暴大风气象信息、降水量信息、雷电气象信息、冰雹气象信息、龙卷风气象信息、短时强降水气象信息等。实时智能分析单个或多个暴雨及强天气实时落区位置、单个或多个暴雨及强天气实时移动方向、多源单个或多个暴雨及强天气实时落区范围信息。
进一步地，所述所述多源信息综合分析子系统120可实现分钟级解析目标观测暴雨及强天气实时气象要素信息，之后生成目标观测暴雨及强天气实时气象要素信息数据，并分发至所述观测要素计算子系统140。
所述报文解析子系统130用于解析报文数据得到预警信息。所述报文解析子系统130可针对暴雨及强对流天气预警公报报文、天气预报报文进行智能分析。
具体实施时，所述报文解析子系统130解析每日UTC02:00、UTC10:00 、UTC22:00固定时段预报T+2h、T+4h、T+26h、T+28h，目标观测暴雨及强对流天气T时次暴雨及强对流天气落区信息、暴雨及雷电、冰雹、龙卷风、短时强降水等强对流天气预警等预报信息，以及非固定时段临时预警信息。然后，逐小时智能解析暴雨及强对流天气预警公报报文中落区图像信息、预警文字信息，生成暴雨及强对流天气T至T+24h暴雨及强对流天气落区预报预警信息数据，并实时分发至暴雨及强对流天气观测要素计算分系统。
所述观测要素计算子系统140用于根据接收的所述多源信息综合分析子系统以及所述报文解析子系统中的信息，计算卫星观测因子。根据接收到的所述多源信息综合分析子系统以及所述报文解析子系统中的信息进一步计算出卫星观测因子。
可以理解，卫星观测因子包括但不限于如何决策卫星载荷T至T+24h针对多个暴雨及强对流天气系统的多个观测位置进行循环观测。
所述观测决策子系统150用于根据所述卫星观测因子以及所述实时观测任务，确定卫星的观测决策，以对多区域观测任务进行星地调度。
具体实施时，所述观测决策子系统150决策卫星载荷T至T+24h针对单个暴雨或强对流天气系统的落区范围不断变化而采取固定观测与高频观测进行组合观测。
用于具有快速成像仪的卫星的强对流天气观测系统100的作用是根据用户观测需求，以国家气象中心天气公报、国家气象中心强对流天气预报为观测依据，通过智能感知自动解析快速成像仪针对智能灵活观测任务需求汇总信息，包括但不限于天气公报信息、用户暴雨观测需求信息、暴雨观测定位区域需求信息、暴雨预警定级信息、强对流天气预报信息、用户强对流天气观测需求信息、强对流天气跟踪观测需求信息、强对流天气预警定级观测需求信息等任务需求。
进一步地，观测要素计算子系统140，根据目标暴雨的降水量、雷暴、云风矢量等暴雨相关气象监测信息，以及暴雨预报落区、暴雨预警级别等预警信息；根据目标强对流天气的大风、冰雹、短时强降水等气象监测信息，以及预报落区、预警级别等预警信息，分别计算暴雨降水中心轨迹、强对流天气雷暴中心位置。
所述观测决策子系统150，针对中国暴雨多出现在雨季，落区相对稳定、范围大小不同、降水时间跨度不同的气象特点；针对强对流天气在中国区域汛期多区域同时发生、过程时间短、影响范围为中小尺度、移动区域较小等气象特点，灵活决策固定区域观测、多区域轮巡观测、高频观测等多种观测模式。智能规划T至T+24h多个观测区域中心点、多种观测模式、观测时长、观测范围、观测频次等观测要素，结合卫星平台管理任务安排、地面应用系统业务运行安排综合进行智能决策，实现多区域灵活观测任务星地智能调度，自动生成快速成像仪暴雨强对流天气灵活观测任务时间表并进行智能快速部署。
作为本实施例中的优选，所述观测要素计算子系统还包括：第一时刻的观测区域中心位置计算模块，用于计算第一观测区域中心点经纬度信息，并实时发送至所述观测决策子系统；第一时刻至第二时刻的观测区域中心位置计算模块，用于计算第二观测区域中心点经纬度信息，并实时发送至所述观测决策子系统；单次观测范围计算模块，用于计算观测系统落区面积数据、观测系统落区观测经纬度范围数据，并实时发送至所述观测决策子系统；第一时刻至第二时刻的总观测范围计算模块，用于计算第一时刻至第二时刻的总观测范围，并实时发送至所述观测决策子系统；第一时刻至第二时刻的总观测耗时计算模块，用于计算第一时刻至第二时刻的总观测耗时，并实时发送至所述观测决策子系统，所述第一时刻为T，第二时刻包括T+24的时间周期。
暴雨及强对流天气T时刻观测区域中心计算模块，针对部分突发暴雨及雷暴大风等强对流观测需求，因天气活跃期期伴随强烈的闪电活动，根据目标观测暴雨及强对流天气T时次强对流天气预报落区位置，提取闪电气象要素信息，雷暴中心轨迹：利用LMI获得的天基观测闪电经纬度数据、ADTD获得的地基探测雷暴经纬度数据采用几何平均计算雷爆体中心位置随时间的变化。某个时间段 t 雷暴中心Mt位置：
其中，X为逐个闪电经纬度数据，为邻域像元闪电位置（经纬度信息），k代表个数，表示邻域中有k个 />；/>代表t时刻雷暴中心的位置；K个闪电的/>位置相加除以个数K，所得到的结果为中心点。
基于目标暴雨及强对流天气系统中心点计算结果，计算实时目标暴雨及强对流天气观测区域中心位置经纬度，根据LMI获得的天基观测闪电经纬度数据、ADTD获得的地基探测雷暴经纬度数据更新频次，实时分钟级计算单个或多个暴雨及强对流天气T时刻观测区域中心点经纬度。
暴雨及强对流天气T时刻观测区域中心计算模块生成逐个暴雨及强对流天气T时刻观测区域中心点经纬度数据，实时发送至灵活观测任务智能决策分系统。
暴雨及强对流天气观测区域T至T+24h中心位置计算模块，针对部分早期预报的观测范围可根据暴雨及强对流落区的变化进行规划，根据天气公报预报未来T至T+24h落区位置，选取预报落区位置各个像元降水量气象要素信息，计算对应地区降水中心轨迹：基于各个像元降水强度加权平均的降水中心轨迹。计算公式：
每个像元 i 的降水强度权重系数计算公式：
其中i为像元降水量，分母降水量总和。是降水量加权系数，/>是单个像元降水量，i代表个数。/>单个像元降水量除以邻域i个降水量总和/>，得出加权降水量系数/>。
基于目标暴雨及强天气系统落区中心计算结果，自动计算T至T+24h单个或多个暴雨及强天气系统观测区域中心位置经纬度。根据暴雨及强天气预报、预警文件更新频次，实时分钟级计算单个或多个暴雨及强天气T至T+24h观测区域中心点经纬度。暴雨及强对流天气观测区域T至T+24h中心位置计算模块生成逐个暴雨及强对流天气T至T+24h观测区域中心点经纬度数据，实时发送至观测决策子系统。
暴雨及强对流天气单次观测范围计算模块，基于包括国内外多星探测气象信息等，地面气象雷达、观测站等探测到雷暴大风气象信息、降水量信息、雷电气象信息、冰雹气象信息、龙卷风气象信息、短时强降水气象信息、暴雨实时落区数据、天气公报中的预报T+24小时落区数据、强天气预警公报中预报的T+24小时落区数据等多源信息，采用线性内差值法分别计算T至T+24h逐小时单个或多个暴雨及强对流天气系统落区面积大小，T至T+24h逐小时单个或多个暴雨及强对流天气系统落区观测经纬度范围。
暴雨及强对流天气单次观测范围计算模块，生成T至T+24h逐小时单个或多个暴雨及强对流天气系统落区面积数据、T至T+24h逐小时单个或多个暴雨及强对流天气系统落区观测经纬度范围数据，实时发送至观测决策子系统。
暴雨及强对流天气T至T+24h总观测范围计算模块，基于包括国内外多星探测气象信息等，地面气象雷达、观测站等探测到雷暴大风气象信息、降水量信息、雷电气象信息、冰雹气象信息、龙卷风气象信息、短时强降水气象信息、暴雨实时落区数据、天气公报预报T+24小时落区数据、强天气预警公报落区数据等多源信息，暴雨及强对流天气系统移动速度数据、暴雨及强对流天气系统移动方向数据，采用叠加或连片原则，计算单个或多个暴雨及强对流天气系统T至T+24h总观测范围面积大小、T至T+24h单个或多个暴雨及强对流天气系统总观测经纬度范围。
暴雨及强对流天气T至T+24h总观测范围计算模块生成单个或多个暴雨及强对流天气系统T至T+24h总观测范围面积大小数据、T至T+24h单个或多个暴雨及强对流天气系统总观测经纬度数据，实时发送至观测决策子系统。
暴雨及强对流天气T至T+24h总观测耗时计算模块，基于多类型用户针对暴雨及强对流天气的开始观测、结束观测、持续观测等需求信息，以及暴雨及强对流天气的蓝色、黄色、红色预警信息，天气公报暴雨预报信息，计算暴雨及强对流天气T至T+24h总观测耗时。暴雨及强对流天气T至T+24h总观测耗时计算模块生成暴雨及强对流天气T至T+24h总观测耗时数据，实时发送至观测决策子系统。
作为本实施例中的优选，所述观测决策子系统，还包括：固定观测决策模块，用于生成固定区域的观测模式参数数据、固定区域的观测中心点经纬度数据，并实时分发至时间表智能生成子系统；高频观测决策模块，用于生成高频固定区域的观测模式参数数据、高频固定区域的观测中心点经纬度数据，并实时分发至时间表智能生成子系统；单次观测时间决策模块，用于生成单次单个因素观测时间数据，并实时发送至灵时间表智能生成子系统；多区域观测位置决策模块，用于生成多区域的观测模式参数数据、多区域的观测模式中心点经纬度参数数据，并实时分发至时间表智能生成子系统；多区域循环观测决策模块，用于生成多区域灵活循环观测数据，并实时分发至时间表智能生成子系统；系统组合观测决策模块，生成区域组合观测数据，并实时分发至时间表智能生成子系统。
固定观测决策模块，固定观测位置决策模块主要针对暴雨及强对流天气等重特大灾害或特殊气象保障需求。根据单个或多个暴雨及强对流天气系统单次观测范围经纬度数据、T至T+24h单个或多个暴雨及强对流天气系统总观测范围经纬度数据，满足空间裕度为2000km×1800km（南北×东西）观测范围要求时，决策采用固定区域观测模式，生成固定区域2000km×1800km（南北×东西）观测模式参数数据。
固定区域观测模式期间，根据实际观测需求，快速扫描仪不改变观测区域、观测频次及观测范围，仅针对某一固定区域进行连续观测。当观测单个暴雨及强对流天气时，采用T时刻暴雨及强对流天气观测区域中心点经纬度数据、T至T+24h暴雨及强对流天气观测区域中心点经纬度数据确定2000km×1800km（南北×东西）观测区域中心点经纬度，生成固定区域观测中心点经纬度数据；当同时观测多个暴雨及强对流天气系统时，在满足需求观测区域全覆盖的条件下，固定区域根据多个暴雨及强对流天气的中心点经纬度数据，计算多个天气系统中心点的对角线中心点为2000km×1800km（南北×东西）观测区域中心点经纬度，生成固定区域观测中心点经纬度数据。
固定区域观测决策模块生成固定区域2000km×1800km（南北×东西）观测模式参数数据、固定区域2000km×1800km（南北×东西）观测中心点经纬度数据，实时分发至观测决策子系统、时间表智能生成子系统。
高频观测决策模块，高频观测位置决策模块主要针对于中小尺度天气系统、特殊气象保障等观测需求。根据单个或多个暴雨及强对流天气系统单次观测范围经纬度数据数据、T至T+24h单个或多个暴雨及强对流天气系统总观测经纬度范围数据，满足空间裕度为500km×500km（南北×东西）观测范围要求时，决策采用高频固定区域观测模式，生成高频固定区域500km×500km（南北×东西）观测模式参数数据。
高频固定区域观测期间，根据实际观测需求，快速扫描仪不改变观测区域、观测频次及观测范围，仅针对某一固定区域进行连续观测。当观测单个暴雨及强对流天气时，采用T时刻暴雨及强对流天气观测区域中心点经纬度数据、T至T+24h暴雨及强对流天气观测区域中心点经纬度数据确定500km×500km（南北×东西）观测区域中心点经纬度，生成高频固定区域500km×500km（南北×东西）观测中心点经纬度数据。
高频固定区域观测决策模块生成高频固定区域500km×500km（南北×东西）观测模式参数数据、高频固定区域500km×500km（南北×东西）观测中心点经纬度数据，实时分发至观测决策子系统、时间表智能生成子系统。
单次单个暴雨或强对流天气观测时间决策模块，基于T至T+24h逐小时单个暴雨或强对流天气系统落区面积大小数据、卫星对地扫描速度，计算T至T+24h逐小时单次单个暴雨及强对流天气观测时间。
采用2000km×1800km（南北×东西）观测范围，载荷扫描1次56s, 每1min周期内扫描1次区域；采用500km×500km（南北×东西）观测范围，载荷扫描1次8s, 每1min周期内扫描7次区域。
单次单个暴雨及强对流天气观测时间决策模块生成单次单个暴雨或强对流天气观测时间数据，并实时发送至时间表智能生成子系统。
多区域观测位置决策模块，多区域观测位置决策模块，主要针对同时满足多个暴雨及强对流天气、特殊观测等观测需求。根据多个暴雨及强天气单次观测范围经纬度数据、多个暴雨及强对流天气T至T+24h总观测范围经纬度数据，当空间裕度为2000km×1800km（南北×东西）观测范围无法满足实际观测需求时，决策采用多个2000km×1800km（南北×东西）区域满足观测范围全覆盖，生成多区域2000km×1800km（南北×东西）观测模式参数数据。
设计多区域观测期间，根据实际观测需求，快速成像仪频不改变观测频次及观测范围，依据多个暴雨及强对流天气T时刻观测区域中心数据、单次观测范围、暴雨及强对流天气观测区域T至T+24h中心位置数据，分别计算多个2000km×1800km（南北×东西）观测范围观测区域中心点经纬度，生成多区域2000km×1800km（南北×东西）观测模式中心点经纬度参数数据。
多区域观测决策模块生成多区域2000km×1800km（南北×东西）观测模式参数数据、多区域2000km×1800km（南北×东西）观测模式中心点经纬度参数数据，实时分发至观测决策子系统、时间表智能生成子系统。
暴雨及强对流天气系统多区域循环观测决策模块，暴雨及强对流天气系统多区域灵活观测决策模块，针对每年强对流天气较频繁季节，T至T+24h多个暴雨及强对流天气在载荷观测视场范围同时间出现，根据暴雨及强对流天气系统观测需求信息数据安排循环顺序，分别采用多区域2000km×1800km（南北×东西）观测模式参数数据、多区域2000km×1800km（南北×东西）观测模式中心点经纬度参数数据，灵活决策卫星载荷T至T+24h针对多个暴雨及强对流天气系统的多个观测位置进行循环观测。在T至T+24h循环观测期间，当某一个暴雨或强天气系统需要卫星载荷观测开始或停止观测，暴雨及强对流天气系统多区域灵活观测决策模块可根据灵活观测任务需求智能感知分系统所发送数据，实时更新的暴雨及强对流天气系统观测需求信息数据进行灵活决策，自动添加或减少T至T+24h多区域灵活循环观测任务。当T至T+24h仅有一个暴雨或强天气系统观测需求或无观测需求时暴雨及强对流天气系统多区域灵活观测决策模块仅为热备份工作状态。
暴雨及强对流天气系统多区域循环观测决策模块分钟级生成多区域灵活循环观测数据，实时分发至时间表智能生成子系统、调度子系统。
暴雨或强对流天气系统组合观测决策模块，暴雨及强对流天气系统组合观测决策模块，针对暴雨或强天气变化剧烈的季节，T至T+24h单个暴雨或强对流天气系统的开始、发展、成熟、消亡过程中落区范围逐渐变大或变小的情况，在载荷观测视场范围内，根据暴雨及强对流天气系统观测需求信息数据安排T至T+24h组合观测，分别采用固定区域观测决策模块生成固定区域2000km×1800km（南北×东西）观测模式参数数据、固定区域2000km×1800km（南北×东西）观测中心点经纬度数据，高频固定区域观测决策模块生成高频固定区域500km×500km（南北×东西）观测模式参数数据、高频固定区域500km×500km（南北×东西）观测中心点经纬度数据，单次单个暴雨及强对流天气观测时间决策模块生成单次单个暴雨或强对流天气观测时间数据，灵活决策卫星载荷T至T+24h针对单个暴雨或强对流天气系统的落区范围不断变化而采取固定观测与高频观测进行组合观测。T至T+24h期间，针对单个暴雨或强对流天气系统，当落区范围小于500km×500km（南北×东西）决策高频观测，当落区范围大于500km×500km（南北×东西）后决策固定观测，实现T至T+24h期间高频观测与固定观测分钟级切换。当T至T+24h期间观测需求仅为一种观测模式或无观测需求时暴雨及强对流天气系统组合观测决策模块仅为热备份工作状态。
暴雨及强对流天气系统多区域组合观测决策模块分钟级生成区域组合观测数据，实时分发至时间表智能生成子系统、调度子系统。
作为本实施例中的优选，还包括：时间表智能生成子系统，用以接收观测决策子系统中的数据并生成观测任务时间表，所述时间表智能生成子系统包括：固定观测任务时间表参数生成模块，用于根据所述固定观测决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表；高频观测任务时间表参数生成模块，根据所述固定观测决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；单次观测时间任务时间表参数生成模块，根据所述单次观测时间决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；多区域观测位置任务时间表参数生成模块，根据所述多区域观测位置决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；多区域循环观测任务时间表参数生成模块，根据所述多区域循环观测决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；组合观测任务时间表参数生成模块，根据所述系统组合观测决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；灵活观测任务时间表智能生成模块，根据所述观测决策子系统中的数据生成时间表自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新。
灵活观测任务时间表智能生成分系统，具备逐小时调整暴雨多模式观测任务时间表观测参数，具备逐小时进行高频观测模式与常规观测模式的任务时间表联合编排，自动生成快速成像仪暴雨多模式观测任务时间表的能力。快速成像仪暴雨多模式观测任务时间表按照静止气象卫星时间表格式规范生成快速成像仪任务时间表，该时间表可由调度控制系统下发给各系统使用，智能编排暴雨多模式观测与定位定标观测、实时非暴雨观测等其他快速成像仪任务，自动规避卫星平台维护期等时段。
固定观测任务时间表参数生成模块，采用固定区域观测决策模块生成固定区域2000km×1800km（南北×东西）观测模式参数数据、固定区域2000km×1800km（南北×东西）观测中心点经纬度数据，实时智能生成T至T+24h固定观测任务时间表参数。该参数生成符合静止气象卫星时间表格式规范，可自动匹配卫星平台任务时间表，并具备分钟级更新能力。
高频观测任务时间表参数生成模块，采用高频固定区域500km×500km（南北×东西）观测模式参数数据、高频固定区域500km×500km（南北×东西）观测中心点经纬度数据，实时智能生成T至T+24h高频观测任务时间表参数。该参数生成符合静止气象卫星时间表格式规范，可自动匹配卫星平台任务时间表，并具备分钟级更新能力。
单次观测时间任务时间表参数生成模块，采用单次单个暴雨或强对流天气观测时间数据，实时智能生成T至T+24h单次单个暴雨或强对流天气观测时间任务时间表参数。该参数生成符合静止气象卫星时间表格式规范，可自动匹配卫星平台任务时间表，并具备分钟级更新能力。
多区域观测位置任务时间表参数生成模块，采用多区域2000km×1800km（南北×东西）观测模式参数数据、多区域2000km×1800km（南北×东西）观测模式中心点经纬度参数数据，实时智能生成T至T+24h多区域观测位置任务时间表参数。该参数生成符合静止气象卫星时间表格式规范，可自动匹配卫星平台任务时间表，并具备分钟级更新能力。
多区域循环观测任务时间表参数生成模块，采用多区域灵活循环观测数据，实时智能生成T至T+24h多区域灵活循环观测任务时间表参数。该参数生成符合静止气象卫星时间表格式规范，可自动匹配卫星平台任务时间表，并具备分钟级更新能力。
组合观测任务时间表参数生成模块，采用区域组合观测数据，实时智能生成T至T+24h区域组合观测数据任务时间表参数。该参数生成符合静止气象卫星时间表格式规范，可自动匹配卫星平台任务时间表，并具备分钟级更新能力。
灵活观测任务时间表智能生成模块，采用T至T+24h固定观测任务时间表参数、T至T+24h高频观测任务时间表参数、T至T+24h单次单个暴雨或强对流天气观测时间任务时间表参数、T至T+24h多区域观测位置任务时间表参数、T至T+24h多区域灵活循环观测任务时间表参数、T至T+24h区域组合观测数据任务时间表参数、T至T+24h灵活观测智能调度数据，实时智能生成T至T+24h暴雨及强对流天气灵活观测任务时间表参数。该参数生成符合静止气象卫星时间表格式规范，可自动匹配卫星平台任务时间表，并具备分钟级更新能力。
作为本实施例中的优选，还包括：调度子系统，所述调度子系统，用于根据第一时刻至第二时刻观测区域或者观测季节调度所述观测系统协同观测优先级顺序级，进行多天气系统协同观测；以及同步调度固定观测任务、高频观测任务、多区域循环观测任务、组合观测任务多种观测任务；根据季节的变化及观测区域的不同，调度多种观测任务的优先级，并依据观测需求的变更针对观测任务进行智能排序，调度第一时刻至第二时刻的观测任务时间表。
针对局地暴雨，区域性暴雨，大范围暴雨，特大范围暴雨、雷暴大风、冰雹、龙卷风、短时强降水等观测范围不等，观测时长不同，具有明显突发性等天气系统的观测需求，灵活观测智能调度分系统可根据T至T+24h观测区域或者观测季节智能调度系统协同观测优先级顺序级，进行多天气系统协同观测。智能同步调度固定观测任务、高频观测任务、多区域循环观测任务、组合观测任务等多种观测任务，根据季节的变化及观测区域的不同，智能调度多种观测任务的优先级，并依据观测需求的变更针对观测任务进行智能排序，智能调度T至T+24h灵活观测任务时间表生成。具备分钟级智能调度灵活观测任务时间表的能力。 灵活观测智能调度分系统分钟级生成灵活观测智能调度数据，实时分发至灵活观测任务时间表智能生成分系统。
作为本实施例中的优选，还包括：指挥控制子系统，用于根据所述观测任务，对所述观测系统进行启动或停止。
根据观测需求，实现暴雨及强对流天气灵活观测分系统一键启停功能。具备分钟级人工一键切换至常规观测模式、应急观测模式、台风机动观测模式等其他观测模式的切换能力，适配地面应用系统针对暴雨及强对流天气灵活观测分系统的统一指挥控制。
在灵活观测期间，采用多个目标观测位置轮巡、固定区域、高频次观测等多种观测模式，间隔1h 更新智能解析天气监测及预警信息。快速成像仪暴雨强对流天气灵活观测系统具备智能自动化维护能力，可实现自系统的一键启停功能；并可根据载荷的暴雨强对流天气观测需求及地面应用系统间适配性智能配置，实现星地智能运维。
作为本实施例中的优选，还包括：智能配置子系统，用于对于观测系统中配置信息的管理、部署、运维，所述智能配置子系统包括：观测初始化模块， 用于对所述观测系统进行初始化启动；观测智能适配模块，用于根据地面应用系统配置参数创建所述观测系统所需的配置参数。
所述智能配置子系统，实现暴雨及强对流天气灵活观测配置信息统一管理，部署、运维，以及服务模块的上线迭代。
具体实施时，暴雨及强对流天气灵活观测初始化模块：暴雨及强对流天气灵活观测系统提供一键式初始化方式，操作人员通过一条命令即可完成暴雨及强对流天气灵活观测业务系统的初始化启动。暴雨及强对流天气灵活观测智能适配模块：根据地面应用系统配置参数创建暴雨及强对流天气灵活观测系统所需的配置参数。
作为本实施例中的优选，所述感知子系统、所述多源信息综合分析子系统、所述报文解析子系统、所述观测要素计算子系统、所述观测决策子系统，用于暴雨及强对流天气。
优选地，通过获取暴雨及强天气的卫星观测要素；基于所述要素，针对暴雨及强天气在天气发展过程中外形呈不规则且多变、发展成熟消亡速度各有同、移动速度各有不同的气象特点，计算T至T+24h降水中心轨迹、雷暴中心位置； 确定计算T至T+24h暴雨及强天气落区范围；根据所述暴雨及强对流天气发生时间、降水中心轨迹、雷暴中心位置、落区范围智能灵活安排卫星进行固定区域观测、多区域轮巡观测、高频观测。
作为本实施例中的优选，还包括：所述感知子系统中采集的实时观测任务以及所述多源信息综合分析子系统中生成实时气象要素信息数据，基于单个或多个快速成像仪。
快速成像仪主观测模式采用每1min周期内，进行固定区域扫描1次（56s），冷空观测1次（4s），观测范围2000km×1800km（南北×东西，1000像元×900像元）的扫描成像。快速成像仪主观测模式包括如下几种模式：
固定区域观测模式，快速成像仪固定区域观测模式主要服务于暴雨等重特大灾害或特殊气象保障需求。设计固定区域观测模式期间，快速扫描仪不改变观测区域、观测频次及观测范围，仅针对某一区域进行连续长时间观测。FY4B在轨测试前期，快速扫描仪分别针对我国北京、广州、西安、上海、西藏、南海、长沙、郑州、兰州9个区域采取固定区域观测。
多区域观测模式，快速成像仪多区域观测模式主要服务于同时满足多个强对流天气、暴雨、强对流天气系统、特殊观测等观测需求。设计多区域观测期间，根据实际观测需求，快速成像仪频不改变观测频次及观测范围，依据多个目标天气系统的移向移速，逐分钟变更观测区域的中心点经纬度位置，进行连续多区域观测。根据目前设计任务时间表，建议多区域模式最多同时观测4个不同区域。
高频观测模式，快速成像仪高频观测模式主要服务于中小尺度天气系统、特殊气象保障等观测需求。设计高频观测期间，根据实际观测需求，快速成像仪不改变观测位置，采用每1min周期内，固定区域扫描7次（8s1次，共计56s），冷空观测1次（4s），观测范围500km×500km（南北×东西，250像元×250像元），进行连续固定区域高频观测。
作为本实施例中的优选，所述观测决策子系统，还用于决策卫星载荷第一时刻至第二时刻的多个观测位置进行循环观测。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于具有快速成像仪的卫星的强对流天气观测系统，其中，所述观测系统包括：
感知子系统，采集实时观测任务；
多源信息综合分析子系统，生成实时气象要素信息数据；
报文解析子系统， 解析报文数据得到预警信息；
观测要素计算子系统，根据接收的所述多源信息综合分析子系统以及所述报文解析子系统中的信息，计算卫星观测因子；
观测决策子系统，根据所述卫星观测因子以及所述实时观测任务，确定卫星的观测决策，以对多区域观测任务进行星地调度；
所述观测要素计算子系统还包括：
第一时刻的观测区域中心位置计算模块，用于计算第一观测区域中心点经纬度信息，并实时发送至所述观测决策子系统；
第一时刻至第二时刻的观测区域中心位置计算模块，用于计算第二观测区域中心点经纬度信息，并实时发送至所述观测决策子系统；
单次观测范围计算模块，用于计算观测系统落区面积数据、观测系统落区观测经纬度范围数据，并实时发送至所述观测决策子系统；
第一时刻至第二时刻的总观测范围计算模块，用于计算第一时刻至第二时刻的总观测范围，并实时发送至所述观测决策子系统；
第一时刻至第二时刻的总观测耗时计算模块，用于计算第一时刻至第二时刻的总观测耗时，并实时发送至所述观测决策子系统，所述第一时刻为T，第二时刻包括T+24的时间周期。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述观测决策子系统，还包括：
固定观测决策模块，用于生成固定区域的观测模式参数数据、固定区域的观测中心点经纬度数据，并实时分发至时间表智能生成子系统；
高频观测决策模块，用于生成高频固定区域的观测模式参数数据、高频固定区域的观测中心点经纬度数据，并实时分发至时间表智能生成子系统；
单次观测时间决策模块，用于生成单次单个因素观测时间数据，并实时发送至时间表智能生成子系统；
多区域观测位置决策模块，用于生成多区域的观测模式参数数据、多区域的观测模式中心点经纬度参数数据，并实时分发至时间表智能生成子系统；
多区域循环观测决策模块，用于生成多区域灵活循环观测数据，并实时分发至时间表智能生成子系统；
系统组合观测决策模块，生成区域组合观测数据，并实时分发至时间表智能生成子系统。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，还包括：时间表智能生成子系统，用以接收观测决策子系统中的数据并生成观测任务时间表，所述时间表智能生成子系统包括：
固定观测任务时间表参数生成模块，用于根据所述固定观测决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表；
高频观测任务时间表参数生成模块，根据所述固定观测决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；
单次观测时间任务时间表参数生成模块，根据所述单次观测时间决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；
多区域观测位置任务时间表参数生成模块，根据所述多区域观测位置决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；
多区域循环观测任务时间表参数生成模块，根据所述多区域循环观测决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；
组合观测任务时间表参数生成模块，根据所述系统组合观测决策模块中的数据生成时间表后自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新；
灵活观测任务时间表智能生成模块，根据所述观测决策子系统中的数据生成时间表自动匹配卫星平台任务时间表并进行分钟级更新。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，还包括：调度子系统，
所述调度子系统，用于根据第一时刻至第二时刻观测区域或者观测季节调度所述观测系统协同观测优先级顺序级，进行多天气系统协同观测；
以及同步调度固定观测任务、高频观测任务、多区域循环观测任务、组合观测任务多种观测任务；
根据季节的变化及观测区域的不同，调度多种观测任务的优先级，并依据观测需求的变更针对观测任务进行智能排序，调度第一时刻至第二时刻的观测任务时间表。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，还包括：指挥控制子系统，用于根据所述观测任务，对所述观测系统进行启动或停止。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，还包括：智能配置子系统，用于对于观测系统中配置信息的管理、部署、运维，所述智能配置子系统包括：
观测初始化模块， 用于对所述观测系统进行初始化启动；
观测智能适配模块，用于根据地面应用系统配置参数创建所述观测系统所需的配置参数。
7.根据权利要求1至6任一项所述的系统，其中，所述感知子系统、所述多源信息综合分析子系统、所述报文解析子系统、所述观测要素计算子系统、所述观测决策子系统，用于暴雨及强对流天气。
8.根据权利要求1至6任一项所述的系统，其中，还包括：所述感知子系统中采集的实时观测任务以及所述多源信息综合分析子系统中生成实时气象要素信息数据，基于单个或多个快速成像仪。
9.根据权利要求3所述的系统，其中，所述观测决策子系统，还用于决策卫星载荷第一时刻至第二时刻的多个观测位置进行循环观测。
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