多通道掃描成像輻射計第一幅彩色合成圖像
央廣網(wǎng)上海2月28日消息 據(jù)上海政務(wù)網(wǎng)發(fā)布，2月27日，我國第二代靜止軌道氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號云圖正式發(fā)布。
在36000公里遙遠(yuǎn)太空中的風(fēng)云四號衛(wèi)星對地球“拍照”，懸浮在空中，沒有“三腳架”，還要在運轉(zhuǎn)中拍出地球的高清美照，這絕對不是件容易事。在使用“超靜音”新平臺和國際先進(jìn)的新載荷同時，更離不開兩項防抖神技：圖像定位配準(zhǔn)和微振動抑制。
給衛(wèi)星載荷對地掃描進(jìn)行導(dǎo)航
日常拍照中，手中鏡頭微小的抖動可能不易被察覺。但在36000公里以外的高空，衛(wèi)星載荷“鏡頭”即使發(fā)生肉眼不能察覺的微小偏差，所觀測到地面上的觀測點也可能相差幾十甚至上百公里。
值得注意的是，懸浮在太空中的風(fēng)云四號衛(wèi)星在36000公里對地拍照，不是一次按下“快門”拍出來的，而是載荷掃描機(jī)構(gòu)帶著反射鏡把一個拍照的小視場像一個小刷子一樣移動，用15分鐘把整個地球一點點“刷”完，最后形成圖片。“刷”的過程中，由于受衛(wèi)星姿態(tài)、軌道和熱變形的影響，“刷子”的路徑可能會變歪，如果沒有一定的修正技術(shù)，拍出來的圖片就會不準(zhǔn)確。在風(fēng)云四號衛(wèi)星上，這項修正的技術(shù)就是圖像定位與配準(zhǔn)技術(shù)。
傳統(tǒng)方法是在地面進(jìn)行圖像處理，有一套復(fù)雜的圖像重采樣處理方法和流程，而風(fēng)云四號衛(wèi)星可以在星上直接完成校正。
“衛(wèi)星圖像定位與配準(zhǔn)技術(shù)就是給載荷對地掃描的過程進(jìn)行導(dǎo)航，就好比我們?nèi)粘ｉ_車用GPS導(dǎo)航，只不過一個是給車輛導(dǎo)航，另一個是給載荷‘視線’導(dǎo)航。”上海航天技術(shù)研究院風(fēng)云四號圖像定位與配準(zhǔn)主任設(shè)計師呂旺說，“一旦掃描路徑偏離預(yù)期，系統(tǒng)自動發(fā)現(xiàn)并校正，有效控制圖像的位置偏差和抖動。”通過風(fēng)云四號衛(wèi)星的研制，我國成為世界上繼美國之后第二個掌握靜止氣象衛(wèi)星圖像定位與配準(zhǔn)技術(shù)的國家。
風(fēng)云四號衛(wèi)星從預(yù)研就開始圖像定位與配準(zhǔn)技術(shù)攻關(guān)。這是一項涉及多個學(xué)科的綜合技術(shù)，研發(fā)過程中將有效載荷、衛(wèi)星平臺和地面應(yīng)用三個環(huán)節(jié)有機(jī)聯(lián)系在一起。為了攻克這個難題，上海航天技術(shù)研究院先后調(diào)用了近10位博士持續(xù)研究。到2010年，這支隊伍才徹底把圖像定位與配準(zhǔn)的問題整明白，確定了星上實時補(bǔ)償?shù)墓こ谭桨福丫榷ㄔ诹?個像素。
給“嬌貴”載荷坐上“軟沙發(fā)”
風(fēng)云四號衛(wèi)星的四個高分辨率載荷中，有一個能給大氣做“CT”的干涉式大氣垂直探測儀。干涉式大氣垂直探測儀“嬌貴”到什么程度？“幾乎是在衛(wèi)星邊上吹一口氣形成的振動，就會誘發(fā)干涉儀動鏡傾斜，導(dǎo)致分析光譜產(chǎn)生‘鬼線’或者無法預(yù)知的譜線。”上海航天技術(shù)研究院風(fēng)云四號結(jié)構(gòu)系統(tǒng)副主任設(shè)計師申軍烽說，這樣掃描出的大氣垂直結(jié)構(gòu)CT圖可能就會“鬼影重重”，好比手抖時拍出來的照片，模糊不清。
“在風(fēng)云四號衛(wèi)星預(yù)研階段的一次載荷試驗中，因為試驗現(xiàn)場有人說話，致使圖像質(zhì)量大受影響。”申軍烽回憶，要把這“嬌貴”的儀器搬到天上去，而且衛(wèi)星在軌運行過程中，每分鐘幾千轉(zhuǎn)的飛輪、載荷探測機(jī)制用的“壓縮機(jī)”、掃描鏡等活動部件都會產(chǎn)生振動干擾，難度可想而知。
2010年，隨著風(fēng)云四號衛(wèi)星立項，微振動對敏感載荷性能影響逐漸成為了衛(wèi)星重要風(fēng)險項目之一。
彼時，國內(nèi)并不提微振動。上海航天技術(shù)研究院509所副所長周徐斌帶隊，查閱上千份文獻(xiàn)，最后從唯一能獲得的一張簡圖和一段語焉不詳?shù)脑掗_始，理清了微振動問題的主要內(nèi)容和技術(shù)難點。風(fēng)云四號衛(wèi)星給載荷坐上超級“軟沙發(fā)”的微振動隔振系統(tǒng)設(shè)計方案，逐漸形成。
“軟沙發(fā)”想法很好，但要變成現(xiàn)實難度不小，它既要能扛得住火箭發(fā)射過程過載超重，又能滿足在軌失重以及各種空間熱、輻照等環(huán)境下的使用。為了把設(shè)計方案轉(zhuǎn)化到工程應(yīng)用，微振動團(tuán)隊解決一系列工程難題，攻克振源微振動控制技術(shù)，并發(fā)明了一個非線性變剛度阻尼緩沖裝置，終于成功研制出適用于衛(wèi)星的微振動隔振系統(tǒng)。
為了不影響研制進(jìn)度，在專門的微振動試驗間的條件沒有完全建成前，微振動研制團(tuán)隊每次做試驗都選擇在半夜，并且要清場，關(guān)閉空調(diào)，拔掉電話線。在靜得讓人發(fā)慌發(fā)困的絕對安靜環(huán)境中幾小時幾個小時的不停試驗，他們不敢說話，甚至不敢隨意走動，生怕自己一不小心成為意外的微振動源頭，影響測試數(shù)據(jù)。
最終，上海航天人摸清了衛(wèi)星10余個轉(zhuǎn)動部件的振動特性與傳遞路徑，實現(xiàn)了振源隔振裝置和有效載荷隔振裝置的工程化，星上微振動抑制到1mg以下，相當(dāng)于手輕拍桌面形成振動的三百分之一，敏感頻段更是控制到0.1mg水平，解決了精密遙感的圖像抖動問題。
風(fēng)云四號衛(wèi)星首批影像圖和數(shù)據(jù)主要包括:
■多通道掃描成像輻射計獲取的圖像
■干涉式大氣垂直探測儀獲取的大氣紅外輻射光譜
■閃電成像儀獲取的閃電分布和強(qiáng)度信息
■空間環(huán)境監(jiān)側(cè)儀獲取的空間效應(yīng)及粒子探測信息
編輯：
林馥榆
關(guān)鍵詞：
上海;航天;圖像
習(xí)近平寄語新聞界
