FY-2E掃描輻射計(jì)“清零”后圖像發(fā)生偏移現(xiàn)象淺析

摘 要:FY-2E衛(wèi)星于2008年12月23日成功發(fā)射，2009年5月19日在軌交付，至11月23日漂移定點(diǎn)于105°E。自交付業(yè)務(wù)運(yùn)行至今，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星共經(jīng)歷了三次太陽(yáng)直射保護(hù)過(guò)程。其中在2010年4月22日與2010年8月31日，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星太陽(yáng)直射保護(hù)結(jié)束，“清零”后出現(xiàn)圖像相對(duì)網(wǎng)格發(fā)生偏移現(xiàn)象。本文就這一異常情況做了簡(jiǎn)單描述與初步分析，希望可以對(duì)今后FY-2系列靜止衛(wèi)星的業(yè)務(wù)運(yùn)行保障提供參考和依據(jù)。

關(guān)鍵詞:FY-2E靜止氣象衛(wèi)星 掃描輻射計(jì) 控制器 清零 圖像 網(wǎng)格定位

中圖分類號(hào):P185文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)07(b)-0005-03

1 引言

FY-2E衛(wèi)星的圖像獲取是在SOCC的調(diào)度管理下進(jìn)行的。首先在SOCC業(yè)務(wù)運(yùn)行時(shí)間表的統(tǒng)一調(diào)度下，啟動(dòng)作業(yè)開(kāi)始，由SOCC發(fā)調(diào)度令給CDAS信道設(shè)備，將信道設(shè)置為收?qǐng)D狀態(tài)，然后檢查衛(wèi)星的遙測(cè)狀態(tài)，發(fā)相關(guān)遙控指令將衛(wèi)星設(shè)置為取圖的狀態(tài)，準(zhǔn)備就緒后，掃描輻射計(jì)開(kāi)始步進(jìn)，按計(jì)劃獲取全盤(pán)圖或北半球云圖。云圖獲取完畢，掃描輻射計(jì)自動(dòng)快速返回北極。

衛(wèi)星自旋一周，圖像掃一行計(jì)數(shù)器加1，直到2500行步進(jìn)停止后，掃描機(jī)構(gòu)自動(dòng)快速回到圖像北極限位置，等待下次觀測(cè)。在正常情況下，當(dāng)完成掃描后，掃描鏡向后自動(dòng)快速返回北極限。

掃描輻射計(jì)不工作時(shí)，一般停留在第一條北極限的位置(第一條掃描線)，掃描鏡不步進(jìn)，處于等待狀態(tài)。由于衛(wèi)星自旋，東西向的掃描仍在進(jìn)行。太陽(yáng)相對(duì)于地球在±23.5°之間運(yùn)動(dòng)，當(dāng)太陽(yáng)視高也處于第一北極限位置時(shí)，在每年春影后、秋影前幾天，太陽(yáng)直射在北極限位置的掃描輻射的光學(xué)鏡頭上。太陽(yáng)光長(zhǎng)時(shí)間直接照射到紅外、水汽和可見(jiàn)光探測(cè)器上，將使探測(cè)器受到損傷，降低靈敏度。FY-2E衛(wèi)星掃描機(jī)構(gòu)位置有第一北極限(第0條線)和第二北極限(第300條線)兩種。第二北極限，就是指相對(duì)第一北極限向南第300行掃描線。而第二北極限的設(shè)置就是為了避開(kāi)太陽(yáng)直射掃描輻射計(jì)鏡頭，從而有效保護(hù)探測(cè)器件不受損傷。

圖1為太陽(yáng)直射示意圖，圖中黃色區(qū)域?yàn)樘?yáng)直射區(qū)，箭頭表示太陽(yáng)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)方向，當(dāng)太陽(yáng)向著黃色區(qū)域運(yùn)動(dòng)并接近時(shí)，將會(huì)發(fā)生太陽(yáng)直射，這時(shí)就要實(shí)行太陽(yáng)直射保護(hù)模式。

在太陽(yáng)直射保護(hù)結(jié)束后，需要發(fā)“清零”指令(K95)，無(wú)論掃描機(jī)構(gòu)當(dāng)前處在何位置，執(zhí)行何種掃描，一旦發(fā)送遙感“清零”指令，掃描機(jī)構(gòu)隨即停止當(dāng)前掃描快速返回北極限，同時(shí)將掃描計(jì)數(shù)量置“0”。從而，將掃描輻射計(jì)由第二北極限等待，重新置回第一北極限等待。

2 FY-2E衛(wèi)星掃描輻射計(jì)“清零”后異常情況描述

FY-2E衛(wèi)星于2008年12月23日成功發(fā)射，2009年2月27日通過(guò)在軌測(cè)試總結(jié)評(píng)審，同年5月19日在軌交付，至11月23日漂移定點(diǎn)于105°E。自正式業(yè)務(wù)運(yùn)行至今，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星共經(jīng)歷了三次太陽(yáng)直射保護(hù)過(guò)程。

第一次太陽(yáng)直射保護(hù)過(guò)程開(kāi)始于2009年8月25日02:16，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星掃描輻射計(jì)置第二北極限，2009年9月3日UT02:11發(fā)K95掃描輻射計(jì)“清零”，返回第一北極限，結(jié)束太陽(yáng)直射保護(hù)運(yùn)行模式。圖2為FY-2E衛(wèi)星2009年9月3日掃描輻射計(jì)“清零”前后UT01:30與UT02:30展寬云圖網(wǎng)格定位對(duì)比。

第二次太陽(yáng)直射保護(hù)過(guò)程始于2010年4月18日UT08:52，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星掃描輻射計(jì)置第二北極限，開(kāi)始太陽(yáng)直射保護(hù)運(yùn)行模式。2010年4月22日UT22:48發(fā)K95掃描輻射器清零，返回第一北極限，結(jié)束太陽(yáng)直射保護(hù)運(yùn)行模式。圖3為FY-2E衛(wèi)星2010年4月22日掃描輻射計(jì)“清零”前后UT22:00與UT23:00展寬云圖網(wǎng)格定位對(duì)比。

第三次太陽(yáng)直射保護(hù)過(guò)程始于2010年8月24日UT00:37，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星掃描輻射計(jì)置第二北極限，開(kāi)始太陽(yáng)直射保護(hù)運(yùn)行模式。2010年8月31日UT09:37K95掃描輻射器清零，返回第一北極限，結(jié)束太陽(yáng)直射保護(hù)運(yùn)行模式。圖4為FY-2E衛(wèi)星2010年8月31日掃描輻射計(jì)“清零”前后UT09:00與UT10:00展寬云圖網(wǎng)格定位對(duì)比。

通過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)2009年9月3日“清零”前后，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星云圖網(wǎng)格未發(fā)生明顯偏移。在2010年4月22日FY-2E衛(wèi)星“清零”后獲取的云圖，相對(duì)于“清零”前的網(wǎng)格向南偏移，偏移量約8行掃描線。而在2010年8月31日FY-2E衛(wèi)星掃描輻射計(jì)控制器進(jìn)行“清零”后獲取的云圖，相對(duì)于“清零”前的網(wǎng)格再次向南偏移，偏移量約1-2行掃描線。

3 對(duì)異常情況的初步分析

3.1 FY-2E衛(wèi)星圖像相對(duì)網(wǎng)格定位發(fā)生偏移的初步分析

經(jīng)過(guò)回放云圖和數(shù)據(jù)，基本排除由于地面系統(tǒng)，以及網(wǎng)格定位原因造成云圖與網(wǎng)格定位間的偏差。由此分析，可能是由于FY-2E衛(wèi)星星上掃描輻射計(jì)出現(xiàn)異常，從而導(dǎo)致該現(xiàn)象的發(fā)生。

掃描輻射計(jì)由五個(gè)單機(jī)組成:輻射計(jì)主機(jī)(包括光學(xué)單位、機(jī)械結(jié)構(gòu)、輻冷器、探測(cè)器和前段);輻射計(jì)信息處理和測(cè)控電路箱;探測(cè)二次電源箱;輻射計(jì)掃描驅(qū)動(dòng)電路盒;輻冷器溫控和遙測(cè)線路盒。五個(gè)單機(jī)按功能可以劃分為四個(gè)部分:光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)、輻射致冷器和電子學(xué)設(shè)備。

根據(jù)FY-2E衛(wèi)星掃描輻射計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理分析，機(jī)械結(jié)構(gòu)屬于被動(dòng)結(jié)構(gòu)，需要靠電子學(xué)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。由此，初步判斷可能是衛(wèi)星上的掃描輻射計(jì)電子學(xué)部分出現(xiàn)異常。

回放FY-2E衛(wèi)星相關(guān)時(shí)次的云圖及電位器數(shù)值，互相對(duì)應(yīng)發(fā)現(xiàn):從FY-2E衛(wèi)星開(kāi)機(jī)到第二次太陽(yáng)直射保護(hù)前，曾進(jìn)行過(guò)不少于3次“清零”(注①)，在此期間，第一掃描機(jī)構(gòu)北極限位置沒(méi)有變化(忽略±1行的基準(zhǔn)誤差)。查閱一掃在北極限位置電位器數(shù)據(jù)是13或255，也就是說(shuō)獲取圖像過(guò)程中沒(méi)有任何丟行或漏行現(xiàn)象。2010年4月22日第二次太陽(yáng)直射保護(hù)結(jié)束前后，查閱掃描輻射計(jì)在北極限位置的電位器數(shù)據(jù)，電位器數(shù)據(jù)在“清零”前為255，“清零”后變?yōu)?58，圖像相對(duì)于網(wǎng)格向南發(fā)生了約8行的偏移。通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)偏移量與北極限位置電位器數(shù)據(jù)由255變?yōu)?58，是一致的[(255-158)/12≈8行]。從2010年4月22日“清零”圖像相對(duì)于網(wǎng)格發(fā)生偏移后，到2010年8月31日第三次太陽(yáng)直射保護(hù)結(jié)束之前，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星獲取云圖基本正常，圖像相對(duì)于網(wǎng)格維持原偏移量(8行掃描線左右)，掃描輻射計(jì)一掃在北極限位置的電位器數(shù)據(jù)一直是158。查閱在2010年8月31日第三次太陽(yáng)直射保護(hù)結(jié)束前后，掃描輻射計(jì)在北極限位置的電位器數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，電位器數(shù)據(jù)由“清零”前的158變?yōu)椤扒辶恪焙蟮?43，圖像相對(duì)于網(wǎng)格發(fā)生偏移(1-2行掃描線)。通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)偏移量與北極限位置電位器數(shù)據(jù)由158變?yōu)?43，也是一致的[(158-143)/12≥1行]。而在此之后，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星獲取云圖也基本正常，圖像相對(duì)網(wǎng)格維持新偏移量，目前沒(méi)有發(fā)生丟行或漏行現(xiàn)象。

由此分析:FY-2E衛(wèi)星2010年4月22日與2010年8月31日“清零”前后，發(fā)生圖像相對(duì)網(wǎng)格的向南偏移現(xiàn)象，初步分析原因是“清零”前后掃描輻射計(jì)的基準(zhǔn)位置發(fā)生改變而造成的。2010年4月22日掃描輻射計(jì)“清零”后電位器數(shù)據(jù)由原來(lái)的255變?yōu)?58，折合向南步進(jìn)時(shí)少了8行，沒(méi)有回到原來(lái)的北極限位置。2010年8月31日掃描輻射計(jì)“清零”后電位器數(shù)據(jù)由158變?yōu)?43，折合向南步進(jìn)時(shí)少了1-2行，沒(méi)有回到原來(lái)的北極限位置。兩次圖像相對(duì)網(wǎng)格向南偏移，都是由于掃描輻射計(jì)沒(méi)有回到原來(lái)的狀態(tài)，從而導(dǎo)致該異常情況的發(fā)生。

3.2 FY-2E衛(wèi)星與FY-2D衛(wèi)星掃描輻射計(jì)電位器數(shù)值對(duì)比

考慮到功能與結(jié)構(gòu)的類似，通過(guò)對(duì)比同系列衛(wèi)星掃描輻射計(jì)電位器數(shù)值，可以進(jìn)一步分析造成異常情況的原因。

下表1為FY-2E衛(wèi)星與FY-2D衛(wèi)星掃描輻射計(jì)電位器數(shù)值對(duì)比:

通過(guò)上表，可以分析得出:FY-2E掃描輻射計(jì)的電位器數(shù)值，在電位器1數(shù)值＞電位器2數(shù)值時(shí)，相差約34;FY-2D掃描輻射計(jì)的電位器數(shù)值，在電位器1數(shù)值＜電位器2數(shù)值時(shí)，相差約23。電位器數(shù)值都是掃描輻射計(jì)在每步進(jìn)20行時(shí)進(jìn)行一循環(huán)。由此可以判斷，相比于狀態(tài)正常的FY-2D掃描輻射計(jì)，目前FY-2E掃描輻射計(jì)雖然電位器數(shù)值發(fā)生異常，但掃描輻射計(jì)一掃與二掃依然保持同步，掃描線都為2500行，在掃描輻射計(jì)獲取云圖過(guò)程中，沒(méi)有丟行或漏行現(xiàn)象。也因此可以推論，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星在日常運(yùn)行中基本正常，目前FY-2E掃描輻射計(jì)出現(xiàn)的情況，是在“清零”前后，一掃與二掃出現(xiàn)同樣的異常情況。

3.3 對(duì)異常情況的影響分析

由上分析，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星2010年4月22日“清零”后出現(xiàn)的圖像相對(duì)于網(wǎng)格的偏移現(xiàn)象，原因是掃描輻射計(jì)“清零”前后一掃的基準(zhǔn)位置發(fā)生改變?cè)斐傻摹?010年4月22日“清零”后掃描輻射計(jì)一掃的電位器數(shù)據(jù)由原來(lái)的255變?yōu)?58，折合向南步進(jìn)A時(shí)少了8行，掃描輻射計(jì)沒(méi)有回到原來(lái)的北極限位置。云圖只是相對(duì)“清零”前的網(wǎng)格定位產(chǎn)生了8行的偏移，掃描機(jī)構(gòu)掃描基本正常，在2010年8月31日“清零”后掃描輻射計(jì)一掃的電位器數(shù)據(jù)由158變?yōu)?43，折合向南步進(jìn)A時(shí)少了1-2行，掃描輻射計(jì)同樣沒(méi)有回到原來(lái)的北極限位置。此時(shí)云圖相對(duì)“清零”前的網(wǎng)格定位產(chǎn)生了1-2行的偏移，掃描機(jī)構(gòu)掃描也基本正常。上海計(jì)物所認(rèn)為以上情況不像是步進(jìn)電機(jī)失步，該現(xiàn)象對(duì)掃描輻射計(jì)掃描機(jī)構(gòu)無(wú)損傷性影響。目前，掃描輻射計(jì)“清零”后重新配準(zhǔn)網(wǎng)格即可，不影響圖像使用。

從2010年4月22日出現(xiàn)掃描輻射計(jì)“清零”后圖像相對(duì)網(wǎng)格定位向南偏移至今，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星獲取圖像正常，表明掃描輻射計(jì)的硬件和軟件都基本運(yùn)行正常。

鑒于該現(xiàn)象不影響掃描輻射計(jì)的運(yùn)行和使用，以及FY-2E衛(wèi)星的業(yè)務(wù)運(yùn)行不可中斷，宜進(jìn)一步加強(qiáng)觀察:

(1)國(guó)家衛(wèi)星氣象中心運(yùn)行控制室、衛(wèi)星總體和上海計(jì)物所共同加強(qiáng)對(duì)第一掃描機(jī)構(gòu)在北極限位置的電位器數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，運(yùn)行控制室每周向計(jì)物所提供FY-2E衛(wèi)星第一、二掃描機(jī)構(gòu)在北極限位置的電位器數(shù)據(jù)。

(2)2011年4月，按正常使用安排，將再次對(duì)掃描輻射計(jì)控制器“清零”，需要密切注意“清零”前后FY-2E衛(wèi)星云圖與網(wǎng)格間的情況，再根據(jù)“清零”前后第一、二掃描機(jī)構(gòu)在北極限位置的情況進(jìn)行相應(yīng)處理。

4 結(jié)語(yǔ)

在FY-2系列靜止衛(wèi)星業(yè)務(wù)運(yùn)行期間，F(xiàn)Y-2C衛(wèi)星的掃描輻射計(jì)也出現(xiàn)過(guò)類似情況，但是像FY-2E衛(wèi)星在太陽(yáng)直射保護(hù)結(jié)束“清零”后，連續(xù)出現(xiàn)圖像相對(duì)網(wǎng)格發(fā)生向南偏移現(xiàn)象，這還是一個(gè)新情況。本文作者水平有限，同時(shí)由于時(shí)間倉(cāng)促以及受篇幅所限等原因，無(wú)法進(jìn)行更深入的分析與比較。歡迎大家指正，并希望可以通過(guò)本文，在以后的業(yè)務(wù)運(yùn)行保障過(guò)程中，不斷提高業(yè)務(wù)運(yùn)行的成功率。

注①:FY-2E衛(wèi)星從2008年12月23日成功發(fā)射到2009年5月19日在軌交付期間，在2009年4月時(shí)也曾實(shí)施太陽(yáng)直射保護(hù)，但是因工程測(cè)控期間云圖與網(wǎng)格定位之間無(wú)可比性，所以在本文中不做參考依據(jù)。文中所涉及的三次太陽(yáng)直射保護(hù)，均在正式業(yè)務(wù)測(cè)控期間。