A NOAA sorozat akkor vált igazán ismertté, amikor a fedélzeten megjelent az AVHRR (Advenced Very High Resolution Radiometer), az ún. fejlett, nagyon nagy felbontású radiométer. A sikeres felbocsátás után a betűk helyett számokkal látták el a műholdakat. Ezen sorszámozás alapján a 6-os sorszámú volt az első műhold, amely már hordozta az AVHRR berendezést. A műholdak közül a páros számúak nappal, 7 óra 30 perckor keresztezik az Egyenlítőt észak-déli irányú pályájukon, míg a páratlan sorszámúak éjszaka, 02 óra 30 perckor teszik ugyanezt.

A rendszer felbontóképessége a többi, később kifejlesztett rendszerhez képest nem olyan nagy, mint azt a neve sugallja, hiszen a nadír helyzetű pixelek 1,1 km széles területeket jelölnek. Kialakításakor azonban ez még tényleg jó felbontásnak számított, bár a szenzor rendszerbeállítása óta sokat javult a műholdak felbontóképessége. A NOAA sorozat műholdjai az AVHRR 1,1 km-es geometriai felbontása és nagy látószöge miatt óriási területet tudnak egyidejűleg felvételezni. Egy érzékelt sáv szélessége kb. 2400 km, amely pl. az amerikai kontinenst tekintve, majdnem félig lefedi az Amerikai Egyesült Államok területét (3.4. ábra).

3.4. ábra - A NOAA AVHRR lefedési területe az észak-amerikai kontinens felett ^[23]

Az AVHRR a keresztsávú radiométerek közé tartozik, a pillanatnyi látómező 1,4 mrad. Percenként 360 pásztázás történik, egy sorban 2048 mintát vesz (1,36 minta 1 IFOV-ra). A nadírhelyzettől maximum 55,4°-kal térhet el a látószög. Természetesen a felbontás erősen változik, ahogy a rálátás szöge nő. A rálátás szögének változása és a Föld görbülete együttesen erősen torzítja a képeket a szélek felé, de ezt geometriai korrekcióval ki lehet küszöbölni.

A NOAA AVHRR különösen a vegetáció nagy területű monitoringjához biztosít kedvező feltételeket. Általában a spektrális csatornák közül a látható fény tartományába eső 1. sávot (0,58–0,68 µm) és a közel infravörös 2. sávot (0,73–1,1 µm) használják erre a célra.

Azokat a matematikai kifejezéseket, melyekben e két sáv segítségével fejezzük ki a vegetáció jelenlétét és állapotát, vegetációs indexeknek nevezzük. A vegetációs indexek közül kettőt – az egyszerű vegetációs indexet (VI, simple Vegetation Index), és a normalizált vegetációs indexet (NDVI, NormalizeD Vegetation Index) - már rutinszerűen számolnak és használnak az AVHRR adatok segítségével. Az m oszlopból és n sorból álló kép i oszlopában és j sorában elhelyezkedő pixel által reprezentált terület vegetációs indexe a következőképpen fejezhető ki:

3.1. egyenlet -

és

3.2. egyenlet -

ahol p2 a pixel értéke a 2. sávban (IR) és p1 a pixel értéke az 1. sávban.

Az NDVI értéket bármely olyan műholdfelvétel alapján kiszámíthatjuk, mely tartalmaz az AVHRR szenzor első két sávjával megegyező sávokat, ezért az NDVI értékét általános formában is megadhatjuk a következőképpen:

3.3. egyenlet -

Az NDVI értéke -1 és 1 közé eső szám lehet. A normalizált vegetációs indexet inkább a globális vegetációs monitoring érdekében vezették be, hiszen így kiküszöbölhetők a besugárzás, a lejtőszög, a kitettség és más külső tényezők okozta eltérések. A dús, egészséges vegetációjú területek NDVI értéke 0,2 és 0,8 között van a növények sűrűségétől és klorofiltartalmától függően.

A növényzettel borított területek indexei nagyobb értékűek lesznek a vegetáció relatíve magas infravörös és alacsony vörös reflektanciája miatt, mint a vegetációmentes felszínek. A felhő, a víz és a hó magas látható fény és alacsonyabb infravörös visszaverése miatt negatív vegetációs indexű. A kőzet- és talajfelszínek a közel azonos infravörös és vörös reflektancia miatt nullához közeli vegetációs indexűek.

A negatív NDVI értékek elkerülése érdekében bevezették a transzformált vegetációs indexet, melynek értéke:

3.4. egyenlet -

Később, elsősorban a Landsat MSS és TM felvételek alapján, számos további tapasztalati (empirikus) indexeket (LAI – levélborítottsági index, greenness index – zöld vegetáció index, stb.) is kialakítottak, melyek alkalmasak a növényzettel kapcsolatos paraméterek mérésére.

Az AVHRR adatokat mozaikszerűen feldolgozva elkészíthető a napi globális NDVI térkép. A napi 14 pálya mozaikszerű kompozícióját egy poláris-sztereografikus vetületben ábrázolják. Mivel a Föld fele általában felhővel takart, ezért egy 7 napos adatfelvételi periódust használnak a végleges kompozíciók elkészítéséhez. Olyan területekről, amelyekről több sikeres felvételezés is készült e hét nap alatt, az egyes pixelhez mindig a legnagyobb NDVI értéket rendelik. Egy ilyen kép mindig a legkevesebb felhővel ábrázolja a Földet. Az AVHRR adatokat három különböző formában tárolják:

3.5. ábra - A NOAA AVHRR LAC adatainak átalakítása GAC adatokká ^[24]

A NOAA műholdakon is, mint egyéb meteorológiai műholdon, a korai működési szakaszban a legfontosabb műszerek a képkészítő műszerek voltak. Később ezek mellett, megjelentek egyéb műszerek is, mint pl. az atmoszféra függőleges szerkezetét vizsgáló szondák. Ezek a szenzorok alacsony (10 km-nél nagyobb) térbeli felbontásúak voltak és nem készítettek képeket. A NOAA műholdakon az alábbi műszeregyüttes foglalt helyet a TOVS (Tiros Operational Vertical Sounder) rendszerben:

A HIRS/2I (High Resolution Infrared Radiation Sounder) nagyfelbontású infravörös sugárzás szonda a légköri hőmérsékletet és nedvességet méri. A földfelszíntől 40 km magasságig megszerkeszti a légkör függőleges hőmérsékleti profilját. A méréseket a látható fény és az infravörös tartomány 20 sávjában végzi. Spektrális tartományok: 6,72–14,95 µm (1–12. sáv), 3,76–4,57 µm (13–19. sáv), 0,69 µm (20. sáv). A lefedett terület 2240 km széles, a térbeli felbontás 20,4 km.

Az SSU (Stratospheric Sounding Unit) sztratoszféra szonda egység a felső légkörben (25–50 km) végez hőmérsékletméréseket. A spektrális sávok frekvenciája 669,99, 669,63, 669,36 cm-1. A nadírhelyzetű felbontás 147,3 km.

Az MSU (Microwave Sounding Unit) mikrohullámú szondaegység detektálja és méri a troposzféra hőmérsékletét a földfelszíntől 20 km magasságig. A mikrohullámú energia radiometrikus mérését 4 sávban végzi. A troposzférából beérkező jeleket összehasonlítja a belső referencia adatokkal. Az MSU egyidejűleg vizsgálja a hőmérsékletet a HIRS/2I-vel, így kiküszöbölhető a felhők zavaró hatása. A spektrális csatornák: 50,3, 53,74, 54,96 és 57,95 GHz. A lefedett terület szélessége 2348 km, nadírban a felbontás 105 km.

A korábbi NOAA műholdakon (9–10) üzemelt olyan egység, amely a Föld sugárzásháztartási egyenlegét vizsgálta (ERBE), és egy műszer a Napból érkező és a Föld felszínéről visszaverődő ultraibolya sugárzást mérte (SBUV/2). Különálló egység üzemelt a tengeri bójákról érkező jelek feldolgozására, és ez segíti a tengeri hajózásban a helymeghatározást, illetve a veszélybe került hajók vagy a tengerbe zuhant repülőgépek felkutatását is, a rádióadók jeleinek érzékelésével.

Több olyan műszer megváltozik a NOAA sorozat K (NOAA-15) tagjától, melyek szerepeltek az E-J tagokon.^[25] Még fontosabb változásokat terveznek az N sorozatbeli elem után (2004. szept.).^[26] A NOAA-15 AVHRR/3 nevű képkészítő berendezése elsősorban a felhasznált hullámhosszak terén jelent módosítást. A 3. sáv kibővült egy másik hullámhossz-tartománnyal, ezzel érik el az éjjeli-nappali kapcsolási lehetőséget.

Még fontosabb változásokat terveznek az N sorozatbeli elem után (2004. szept.). A NOAA-15 AVHRR/3 nevű képkészítő berendezése elsősorban a felhasznált hullámhosszak terén jelent módosítást. A 3. sáv kibővült egy másik hullámhossz-tartománnyal, ezzel érik el az éjjeli-nappali kapcsolási lehetőséget.

Az első három sávban a további képminőség javulást úgy segítik, hogy bővítik a radiometrikus felbontást. Még nagyobb hatású az új, 20 csatornás mikrohullámú szonda, az AMSU (Advanced Microwave Sounding Unit) bevezetése. A jelenlegi infravörös szonda, a HIRS/3 (High Resolution Infrared Sounder) megmarad a műholdsorozat K, L, és M tagjain a program folytatása érdekében, valamint azért, mert az új infravörös atmoszférikus szondák fejlesztése még folyik.

Mind a HIRS mind az AVHRR alkalmazása megszűnik egy összetett képalkotó egység rendszerbe állításával, amely az AMRIR (Advanced Medium Resolution Imaging Radiometer) – közepes felbontású képkészítő radiométer – nevet viseli. Ez a 11-csatornás berendezés 0,5 km-es felbontásban készít képet nadír helyzetben (II.20. táblázat) és 10-ről 12 bitre növekszik a radiometrikus felbontás. A berendezés alkalmazza az egyéb, pl. a SPOT műholdakon bevezetett technikákat, pl. a többelemes sordetektorokat és a push-broom pásztázó technikát.

Az AMRIR teljesen felváltja a jelenlegi AVHRR és HIRS rendszereket. A változás tovább erősödik majd, ha az AMRIR-AMSU kombináció lép a jelenlegi AVHRR-HIRS-MSU műszeregyüttes helyébe, hiszen új csatornák lépnek be, csökken a mintavételi terület, amely jobb felbontóképességgel jár. Az MSU mikrohullámokat (felhő áthatoló képesség) alkalmazott a különböző időjárási feltételek felszíni megfigyelésben.

Jelenleg az a NOAA és a NASA közös elképzelése, hogy ezeken a műholdakon olyan infravörös szondákat üzemeltessenek, amelyek rendkívül keskeny spektrális tartományokban működnek. Ilyen berendezésből nagyon sokat (esetleg több százat, talán ezret is) egyidejűleg alkalmaznak. A NOAA által kifejlesztett berendezés, a HIS (High Resolution Interferometer) nevet azért kapta, mert egy interferométert használ a spektrális csatornák szétválasztására. A NASA fejlesztésében egy AIRS nevű infravörös szonda (Atmospheric InfraRed Sounder) szerepel, amely vagy egy interferométert vagy pedig egy rács-spektrométert használ a szűk tartományok elválasztására. A NOAA hosszú távú tervei alapján ezen műszerek közül a fejlesztési kísérletekben sikeresebb fog majd az új NOAA sorozat poláris pályán keringő műholdjain üzemelni.