FY-2E掃描輻射計“清零”后圖像發生偏移現象淺析

摘 要:FY-2E衛星于2008年12月23日成功發射，2009年5月19日在軌交付，至11月23日漂移定點于105°E。自交付業務運行至今，FY-2E衛星共經歷了三次太陽直射保護過程。其中在2010年4月22日與2010年8月31日，FY-2E衛星太陽直射保護結束，“清零”后出現圖像相對網格發生偏移現象。本文就這一異常情況做了簡單描述與初步分析，希望可以對今后FY-2系列靜止衛星的業務運行保障提供參考和依據。

關鍵詞:FY-2E靜止氣象衛星 掃描輻射計 控制器 清零 圖像 網格定位

中圖分類號:P185文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0005-03

1 引言

FY-2E衛星的圖像獲取是在SOCC的調度管理下進行的。首先在SOCC業務運行時間表的統一調度下，啟動作業開始，由SOCC發調度令給CDAS信道設備，將信道設置為收圖狀態，然后檢查衛星的遙測狀態，發相關遙控指令將衛星設置為取圖的狀態，準備就緒后，掃描輻射計開始步進，按計劃獲取全盤圖或北半球云圖。云圖獲取完畢，掃描輻射計自動快速返回北極。

衛星自旋一周，圖像掃一行計數器加1，直到2500行步進停止后，掃描機構自動快速回到圖像北極限位置，等待下次觀測。在正常情況下，當完成掃描后，掃描鏡向后自動快速返回北極限。

掃描輻射計不工作時，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，處于等待狀態。由于衛星自旋，東西向的掃描仍在進行。太陽相對于地球在±23.5°之間運動，當太陽視高也處于第一北極限位置時，在每年春影后、秋影前幾天，太陽直射在北極限位置的掃描輻射的光學鏡頭上。太陽光長時間直接照射到紅外、水汽和可見光探測器上，將使探測器受到損傷，降低靈敏度。FY-2E衛星掃描機構位置有第一北極限(第0條線)和第二北極限(第300條線)兩種。第二北極限，就是指相對第一北極限向南第300行掃描線。而第二北極限的設置就是為了避開太陽直射掃描輻射計鏡頭，從而有效保護探測器件不受損傷。

圖1為太陽直射示意圖，圖中黃色區域為太陽直射區，箭頭表示太陽當前運動方向，當太陽向著黃色區域運動并接近時，將會發生太陽直射，這時就要實行太陽直射保護模式。

在太陽直射保護結束后，需要發“清零”指令(K95)，無論掃描機構當前處在何位置，執行何種掃描，一旦發送遙感“清零”指令，掃描機構隨即停止當前掃描快速返回北極限，同時將掃描計數量置“0”。從而，將掃描輻射計由第二北極限等待，重新置回第一北極限等待。

2 FY-2E衛星掃描輻射計“清零”后異常情況描述

FY-2E衛星于2008年12月23日成功發射，2009年2月27日通過在軌測試總結評審，同年5月19日在軌交付，至11月23日漂移定點于105°E。自正式業務運行至今，FY-2E衛星共經歷了三次太陽直射保護過程。

第一次太陽直射保護過程開始于2009年8月25日02:16，FY-2E衛星掃描輻射計置第二北極限，2009年9月3日UT02:11發K95掃描輻射計“清零”，返回第一北極限，結束太陽直射保護運行模式。圖2為FY-2E衛星2009年9月3日掃描輻射計“清零”前后UT01:30與UT02:30展寬云圖網格定位對比。

第二次太陽直射保護過程始于2010年4月18日UT08:52，FY-2E衛星掃描輻射計置第二北極限，開始太陽直射保護運行模式。2010年4月22日UT22:48發K95掃描輻射器清零，返回第一北極限，結束太陽直射保護運行模式。圖3為FY-2E衛星2010年4月22日掃描輻射計“清零”前后UT22:00與UT23:00展寬云圖網格定位對比。

第三次太陽直射保護過程始于2010年8月24日UT00:37，FY-2E衛星掃描輻射計置第二北極限，開始太陽直射保護運行模式。2010年8月31日UT09:37K95掃描輻射器清零，返回第一北極限，結束太陽直射保護運行模式。圖4為FY-2E衛星2010年8月31日掃描輻射計“清零”前后UT09:00與UT10:00展寬云圖網格定位對比。

通過對比，發現2009年9月3日“清零”前后，FY-2E衛星云圖網格未發生明顯偏移。在2010年4月22日FY-2E衛星“清零”后獲取的云圖，相對于“清零”前的網格向南偏移，偏移量約8行掃描線。而在2010年8月31日FY-2E衛星掃描輻射計控制器進行“清零”后獲取的云圖，相對于“清零”前的網格再次向南偏移，偏移量約1-2行掃描線。

3 對異常情況的初步分析

3.1 FY-2E衛星圖像相對網格定位發生偏移的初步分析

經過回放云圖和數據，基本排除由于地面系統，以及網格定位原因造成云圖與網格定位間的偏差。由此分析，可能是由于FY-2E衛星星上掃描輻射計出現異常，從而導致該現象的發生。

掃描輻射計由五個單機組成:輻射計主機(包括光學單位、機械結構、輻冷器、探測器和前段);輻射計信息處理和測控電路箱;探測二次電源箱;輻射計掃描驅動電路盒;輻冷器溫控和遙測線路盒。五個單機按功能可以劃分為四個部分:光學系統、機構結構、輻射致冷器和電子學設備。

根據FY-2E衛星掃描輻射計系統的結構組成和工作原理分析，機械結構屬于被動結構，需要靠電子學結構驅動。由此，初步判斷可能是衛星上的掃描輻射計電子學部分出現異常。

回放FY-2E衛星相關時次的云圖及電位器數值，互相對應發現:從FY-2E衛星開機到第二次太陽直射保護前，曾進行過不少于3次“清零”(注①)，在此期間，第一掃描機構北極限位置沒有變化(忽略±1行的基準誤差)。查閱一掃在北極限位置電位器數據是13或255，也就是說獲取圖像過程中沒有任何丟行或漏行現象。2010年4月22日第二次太陽直射保護結束前后，查閱掃描輻射計在北極限位置的電位器數據，電位器數據在“清零”前為255，“清零”后變為158，圖像相對于網格向南發生了約8行的偏移。通過計算，發現偏移量與北極限位置電位器數據由255變為158，是一致的[(255-158)/12≈8行]。從2010年4月22日“清零”圖像相對于網格發生偏移后，到2010年8月31日第三次太陽直射保護結束之前，FY-2E衛星獲取云圖基本正常，圖像相對于網格維持原偏移量(8行掃描線左右)，掃描輻射計一掃在北極限位置的電位器數據一直是158。查閱在2010年8月31日第三次太陽直射保護結束前后，掃描輻射計在北極限位置的電位器數據發現，電位器數據由“清零”前的158變為“清零”后的143，圖像相對于網格發生偏移(1-2行掃描線)。通過計算，發現偏移量與北極限位置電位器數據由158變為143，也是一致的[(158-143)/12≥1行]。而在此之后，FY-2E衛星獲取云圖也基本正常，圖像相對網格維持新偏移量，目前沒有發生丟行或漏行現象。

由此分析:FY-2E衛星2010年4月22日與2010年8月31日“清零”前后，發生圖像相對網格的向南偏移現象，初步分析原因是“清零”前后掃描輻射計的基準位置發生改變而造成的。2010年4月22日掃描輻射計“清零”后電位器數據由原來的255變為158，折合向南步進時少了8行，沒有回到原來的北極限位置。2010年8月31日掃描輻射計“清零”后電位器數據由158變為143，折合向南步進時少了1-2行，沒有回到原來的北極限位置。兩次圖像相對網格向南偏移，都是由于掃描輻射計沒有回到原來的狀態，從而導致該異常情況的發生。

3.2 FY-2E衛星與FY-2D衛星掃描輻射計電位器數值對比

考慮到功能與結構的類似，通過對比同系列衛星掃描輻射計電位器數值，可以進一步分析造成異常情況的原因。

下表1為FY-2E衛星與FY-2D衛星掃描輻射計電位器數值對比:

通過上表，可以分析得出:FY-2E掃描輻射計的電位器數值，在電位器1數值＞電位器2數值時，相差約34;FY-2D掃描輻射計的電位器數值，在電位器1數值＜電位器2數值時，相差約23。電位器數值都是掃描輻射計在每步進20行時進行一循環。由此可以判斷，相比于狀態正常的FY-2D掃描輻射計，目前FY-2E掃描輻射計雖然電位器數值發生異常，但掃描輻射計一掃與二掃依然保持同步，掃描線都為2500行，在掃描輻射計獲取云圖過程中，沒有丟行或漏行現象。也因此可以推論，FY-2E衛星在日常運行中基本正常，目前FY-2E掃描輻射計出現的情況，是在“清零”前后，一掃與二掃出現同樣的異常情況。

3.3 對異常情況的影響分析

由上分析，FY-2E衛星2010年4月22日“清零”后出現的圖像相對于網格的偏移現象，原因是掃描輻射計“清零”前后一掃的基準位置發生改變造成的。2010年4月22日“清零”后掃描輻射計一掃的電位器數據由原來的255變為158，折合向南步進A時少了8行，掃描輻射計沒有回到原來的北極限位置。云圖只是相對“清零”前的網格定位產生了8行的偏移，掃描機構掃描基本正常，在2010年8月31日“清零”后掃描輻射計一掃的電位器數據由158變為143，折合向南步進A時少了1-2行，掃描輻射計同樣沒有回到原來的北極限位置。此時云圖相對“清零”前的網格定位產生了1-2行的偏移，掃描機構掃描也基本正常。上海計物所認為以上情況不像是步進電機失步，該現象對掃描輻射計掃描機構無損傷性影響。目前，掃描輻射計“清零”后重新配準網格即可，不影響圖像使用。

從2010年4月22日出現掃描輻射計“清零”后圖像相對網格定位向南偏移至今，FY-2E衛星獲取圖像正常，表明掃描輻射計的硬件和軟件都基本運行正常。

鑒于該現象不影響掃描輻射計的運行和使用，以及FY-2E衛星的業務運行不可中斷，宜進一步加強觀察:

(1)國家衛星氣象中心運行控制室、衛星總體和上海計物所共同加強對第一掃描機構在北極限位置的電位器數據監測，運行控制室每周向計物所提供FY-2E衛星第一、二掃描機構在北極限位置的電位器數據。

(2)2011年4月，按正常使用安排，將再次對掃描輻射計控制器“清零”，需要密切注意“清零”前后FY-2E衛星云圖與網格間的情況，再根據“清零”前后第一、二掃描機構在北極限位置的情況進行相應處理。

4 結語

在FY-2系列靜止衛星業務運行期間，FY-2C衛星的掃描輻射計也出現過類似情況，但是像FY-2E衛星在太陽直射保護結束“清零”后，連續出現圖像相對網格發生向南偏移現象，這還是一個新情況。本文作者水平有限，同時由于時間倉促以及受篇幅所限等原因，無法進行更深入的分析與比較。歡迎大家指正，并希望可以通過本文，在以后的業務運行保障過程中，不斷提高業務運行的成功率。

注①:FY-2E衛星從2008年12月23日成功發射到2009年5月19日在軌交付期間，在2009年4月時也曾實施太陽直射保護，但是因工程測控期間云圖與網格定位之間無可比性，所以在本文中不做參考依據。文中所涉及的三次太陽直射保護，均在正式業務測控期間。