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日漂移定點于105°E。自交付業(yè)務運行至今，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星共經(jīng)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，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星太陽直射保護結(jié)束，“清零”后出現(xiàn)圖像相對網(wǎng)格發(fā)生偏移現(xiàn)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(wèi)星的業(yè)務運行保障提供參考和依據(jù)。

關鍵詞:FY-2E靜止氣象衛(wèi)星 掃描輻射計 控制器 清零 圖像 網(wǎng)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(wèi)星的圖像獲取是在SOCC的調(diào)度管理下進行的。首先在SOCC業(yè)務運行時間表的統(tǒng)一調(diào)度下，啟動作業(yè)開始，由SOCC發(fā)調(diào)度令給CDAS信道設備，將信道設置為收圖狀態(tài)，然后檢查衛(wèi)星的遙測狀態(tài)，發(fā)相關遙控指令將衛(wèi)星設置為取圖的狀態(tài)，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(wèi)星自旋一周，圖像掃一行計數(shù)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(tài)。由于衛(wèi)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(wèi)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(qū)域為太陽直射區(qū)，箭頭表示太陽當前運動方向，當太陽向著黃色區(qū)域運動并接近時，將會發(fā)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(jié)束后，需要發(fā)“清零”指令(K95)，無論掃描機構當前處在何位置，執(zhí)行何種掃描，一旦發(fā)送遙感“清零”指令，掃描機構隨即停止當前掃描快速返回北極限，同時將掃描計數(shù)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(wèi)星掃描輻射計“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日通過在軌測試總結(jié)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(yè)務運行至今，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星共經(jīng)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，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星掃描輻射計置第二北極限，2009年9月3日UT02:11發(fā)K95掃描輻射計“清零”，返回第一北極限，結(jié)束太陽直射保護運行模式。圖2為FY-2E衛(wèi)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(wǎng)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，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)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(fā)K95掃描輻射器清零，返回第一北極限，結(jié)束太陽直射保護運行模式。圖3為FY-2E衛(wèi)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(wǎng)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，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)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(jié)束太陽直射保護運行模式。圖4為FY-2E衛(wèi)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(wǎng)格定位對比。

通過對比，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)星掃描輻射計控制器進行“清零”后獲取的云圖，相對于“清零”前的網(wǎng)格再次向南偏移，偏移量約1-2行掃描線。

3 對異常情況的初步分析

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

經(jīng)過回放云圖和數(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)星星上掃描輻射計出現(xiàn)異常，從而導致該現(xiàn)象的發(fā)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(jié)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(qū)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(tǒng)、機構結(jié)構、輻射致冷器和電子學設備。

根據(jù)FY-2E衛(wèi)星掃描輻射計系統(tǒng)的結(jié)構組成和工作原理分析，機械結(jié)構屬于被動結(jié)構，需要靠電子學結(jié)構驅(qū)動。由此，初步判斷可能是衛(wèi)星上的掃描輻射計電子學部分出現(xiàn)異常。

回放FY-2E衛(wèi)星相關時次的云圖及電位器數(shù)值，互相對應發(fā)現(xiàn):從FY-2E衛(wèi)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(shù)據(jù)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(xiàn)象。2010年4月22日第二次太陽直射保護結(jié)束前后，查閱掃描輻射計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，圖像相對于網(wǎng)格向南發(fā)生了約8行的偏移。通過計算，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”圖像相對于網(wǎng)格發(fā)生偏移后，到2010年8月31日第三次太陽直射保護結(jié)束之前，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星獲取云圖基本正常，圖像相對于網(wǎng)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(shù)據(jù)一直是158。查閱在2010年8月31日第三次太陽直射保護結(jié)束前后，掃描輻射計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，圖像相對于網(wǎng)格發(fā)生偏移(1-2行掃描線)。通過計算，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，圖像相對網(wǎng)格維持新偏移量，目前沒有發(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”前后掃描輻射計的基準位置發(fā)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(shù)據(jù)由原來的255變?yōu)?58，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(shù)據(jù)由158變?yōu)?43，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(wǎng)格向南偏移，都是由于掃描輻射計沒有回到原來的狀態(tài)，從而導致該異常情況的發(fā)生。

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

考慮到功能與結(jié)構的類似，通過對比同系列衛(wèi)星掃描輻射計電位器數(shù)值，可以進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)星掃描輻射計電位器數(shù)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(shù)值，在電位器1數(shù)值＞電位器2數(shù)值時，相差約34;FY-2D掃描輻射計的電位器數(shù)值，在電位器1數(shù)值＜電位器2數(shù)值時，相差約23。電位器數(shù)值都是掃描輻射計在每步進20行時進行一循環(huán)。由此可以判斷，相比于狀態(tài)正常的FY-2D掃描輻射計，目前FY-2E掃描輻射計雖然電位器數(shù)值發(fā)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(xiàn)象。也因此可以推論，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星在日常運行中基本正常，目前FY-2E掃描輻射計出現(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)的圖像相對于網(wǎng)格的偏移現(xiàn)象，原因是掃描輻射計“清零”前后一掃的基準位置發(fā)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(shù)據(jù)由原來的255變?yōu)?58，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(wǎng)格定位產(chǎn)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(shù)據(jù)由158變?yōu)?43，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(wǎng)格定位產(chǎn)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(xiàn)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(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“清零”后圖像相對網(wǎng)格定位向南偏移至今，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星獲取圖像正常，表明掃描輻射計的硬件和軟件都基本運行正常。

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

(1)國家衛(wèi)星氣象中心運行控制室、衛(wèi)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(shù)據(jù)監(jiān)測，運行控制室每周向計物所提供FY-2E衛(wèi)星第一、二掃描機構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，將再次對掃描輻射計控制器“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、二掃描機構在北極限位置的情況進行相應處理。

4 結(jié)語

在FY-2系列靜止衛(wèi)星業(yè)務運行期間，F(xiàn)Y-2C衛(wèi)星的掃描輻射計也出現(xiàn)過類似情況，但是像FY-2E衛(wèi)星在太陽直射保護結(jié)束“清零”后，連續(xù)出現(xiàn)圖像相對網(wǎng)格發(fā)生向南偏移現(xiàn)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(yè)務運行保障過程中，不斷提高業(yè)務運行的成功率。

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月時也曾實施太陽直射保護，但是因工程測控期間云圖與網(wǎng)格定位之間無可比性，所以在本文中不做參考依據(jù)。文中所涉及的三次太陽直射保護，均在正式業(yè)務測控期間。