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“风四”研制者:两大绝招给地球拍照提供最稳“三脚架”

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“风四”研制者:两大绝招给地球拍照提供最稳“三脚架”
资料图 航天科技集团八院 摄

  上海12月11日电 题:“风四”研制者:两大绝招给地球拍照提供最稳“三脚架”

  作者 郑莹莹

  4亿像素、15分钟成像,这是风云四号给地球“拍照”的质量与速度。伴随着11日中国新一代静止轨道气象卫星首发星风云四号的成功发射,中国气象卫星给地球“拍照”水平将大大提升,达到世界先进水平。中国航天科技集团公司八院的专家于此间向记者揭晓了其中两大关键技术。

  在风云四号图像定位与配准主任设计师吕旺看来,风云四号气象卫星在宇宙的成像,与在地面使用相机拍照颇有几分相似,“地面用长焦距的相机拍照,需要三脚架;而风云四号气象卫星‘焦距’有3米多,悬浮在空中,没有三脚架,还有各种因素干扰‘拍照’。”

  吕旺说,如果没有一定的修正技术,这样给地球拍出来的“写真”并不准确。

  “有多不准呢?我们分析,如果不通过校正,图像错位和偏移程度可能达到几十公里的量级,比如预报在上海浦东机场下的一场雨,有可能实际是下在上海虹桥机场”,吕旺说。

  再打个比方,他说,如果要给整个地球拍一幅4亿像素的照片,并不是“咔嚓”一次就拍出来了,“因为没有这么大的画幅,就算有,目前也没有这么高的分辨率”。

  吕旺说,风云四号的“拍照”过程是通过一个扫描机构,“像一个小刷子一样,将整个地球一点点刷完,一共预估要刷15分钟。”他解释,在刷的过程中,由于误差干扰的原因,刷的路径就会歪。

  因此,为了让气象卫星给地球的照片能够尽量真实,风云系列气象卫星均采用了一项特有的关键技术——图像定位与配准技术。与风云二号采取云图传回后,在地面进行处理的方式不同,风云四号对技术进行了升级,能在卫星上实时完成对扫描路径的校正,保证下传的图像直接实现定位配准。

  “图像定位与配准,与开车时所用的GPS导航类似,如果定位与配准系统感知外界影响因素导致刷子刷歪了,会发出信号直接对载荷进行校正,让它偏回来”,吕旺解释,这样一来,采样数据可以更完整地保存下来,避免以往依靠地面处理而导致的辐射精度损失,同时提高工作效率。”

  据悉,风云四号的卫星图像定位与配准精度达到1像元,即在36000公里高空对地“拍照”误差控制在1公里之内,补偿效率到达98.8%,与美国发射的GOES-R卫星相当。

  吕旺说,该项技术,加之“微振动测量与抑制”的防抖技术,给卫星提供了一个比任何三脚架都稳的成像条件。

  他所言及的微振动测量与抑制技术也是此次风云四号卫星上不可或缺的关键技术之一。风云四号卫星与国际同期的新一代静止气象卫星,比如今年11月发射的美国GOES-R卫星和欧洲正在研制的MTG卫星相比,在成像观测能力方面相当。但美、欧由于技术、经费等方面的因素,把扫描成像辐射计和干涉式垂直大气探测仪,分别装在两颗卫星上实现成像观测和垂直探测,以避免两台大型光学仪器运动部件带来的动力学干扰等技术问题。风云四号则“以一顶俩”,在同一卫星平台上装载了这两种载荷。

  八院509所副所长周徐斌介绍,其中,可以给大气进行“CT扫描”的干涉式大气垂直探测仪特别“娇贵”。

  “这是非常敏感的仪器,过去在地面使用时,一般放在地下室,旁边挖个隔振沟,再营造一个消声的环境;而现在我们放到天上工作,旁边有高速转动的飞轮,还有扫描成像辐射计等,这些都会产生振动”,周徐斌说。

  他表示,干涉式大气垂直探测仪对振动如此敏感,若处在一个不够安静的环境,性能就会下降,甚至不能工作。

  因此,风云四号的研制团队通过高精度隔振系统等的研制,给仪器安上“软沙发”,克服了微振动影响,微振动抑制效率达到90%以上。

  两大关键技术助力风云四号给地球拍出更好的“写真”,将历史性地提升中国卫星的气象观测能力和水平。(完)

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