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为让风云四号成为最佳“摄影师”,上海航天攻
发布时间:2019-12-11 08:10

广大的海洋、多彩的陆地、巍峨的山脉、以至细小的河流也明晰可见。2月27日,我国第二代静止轨道气象卫星风云四号云图正式发布。这些精巧的云图是如何“拍”出来的?

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平常我们要想拍出美美的照片,首要的条件就是相机要好,高清单反最佳,同时还要具备须要的拍照技术。在36000公里遥远太空中的风云四号卫星对地球拍照也是一样,并且它悬浮在空中,没有“三脚架”,还要在运转中拍出地球的高清美照,这绝对不是件容易的事。在使用“超静音”新平台和国际先进的新载荷同时,更离不开两项防抖神技:图像定位配准和微振动克制。

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图像定位与配准技术比如给卫星载荷对地扫描停止导航

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日常拍照中,手中镜头微小的抖动可能不易被察觉。但在36000公里以外的高空,卫星载荷“镜头”即使发生肉眼不能察觉的微小偏向,所不雅观测到地面上的不雅观测点也可能相差几十以至上百公里。好比,假如图像定位做欠好,预报在上海浦东机场的降雨实际却下到上海虹桥机场了。也就是说,假如图像定位与配准做欠好,就无奈准确捕捉台风、沙尘暴等动态天气变革的信息。

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由于是一颗高精度定量遥感卫星,不能像我们平常用普通大面阵CCD相机拍照,它只能用响应高度一致的小规模探测停止“拍照”。所以,悬浮在太空中的风云四号卫星在36000公里对地拍照,不是一次按下快门拍出来的,而是载荷扫描机构带着反射镜把一个拍照的小视场像一个小刷子一样挪动,用15分钟把整个地球一点点“刷”完,最后造成图片。“刷”的过程中,由于受卫星姿势、轨道和热变形的影响,“刷子”的途径可能会变歪,假如没有必然的修正技术,拍出来的图片就会不精确。在风云四号卫星上,这项修正的技术就是图像定位与配准技术。

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传统方法是在地面停止图像办理,有一套复杂的图像重采样办理方法和流程。如风云二号卫星就接纳了地面办理的方法,但那样做不单增多地面办理难度、降低效率,更可能带来图形信息的丧失,降低探测数据的精度,而风云四号卫星可以在星上间接完成校正。

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卫星图像定位与配准技术就是给载荷对地扫描的过程停止导航,就比如我们日常开车用GPS导航,只不过一个是给车辆导航,另一个是给载荷‘视线’导航。”上海航天技术钻研院风云四号图像定位与配准主任设想师吕旺用GPS导航类比图像导航配准原理,“一旦扫描途径偏离预期,系统自动发现并校正,有效控制图像的位置偏向和抖动。”通过风云四号卫星的研制,我国成为世界上继美国之后第二个把握静止气象卫星图像定位与配准技术的国家。

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?风云四号卫星从预研就初步图像定位与配准技术攻关。这是一项波及多个学科的综合技术,研发过程中将有效载荷、卫星平台和地面应用三个环节有机联络在一起。为了攻陷这个难题,上海航天技术钻研院先后调用了近10个博士连续钻研。到2010年,这支步队才彻底把图像定位与配准的问题整大白,确定了星上实时赔偿的工程计划,把精度定在了1个像素。

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给“娇贵”载荷坐上超级“软沙发”

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风云四号卫星的四个高分辨率载荷中,有一个能给大气做“CT”的干涉式大气垂直探测仪。干涉式大气垂直探测仪“娇贵”到什么水平?“简直是在卫星边上吹一口气造成的振动,就会诱发干涉仪动镜倾斜,导致剖析光谱孕育发生‘鬼线’或者无奈预知的谱线。”上海航天技术钻研院风云四号构造系统副主任设想师申军烽说,这样扫描出的大气垂直构造CT图可能就会“鬼影重重”,比如手抖时拍出来的照片,含糊不清。

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“在风云四号卫星预研阶段的一次载荷试验中,因为试验现场有人说话,致使图像质量大受影响。”申军烽回顾。要把这“娇贵”的仪器搬到天上去,并且卫星在轨运行过程中,每分钟几千转的飞轮、载荷探测机制用的“压缩机”、扫描镜等流动部件城市孕育发生振动干扰。

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2010年,随着风云四号卫星立项,微振动对敏感载荷性能影响逐渐成为了卫星重要风险项目之一。

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尽管现有对振动的钻研与应用并不少见,但卫星上的振动原本就已经处于一个十分小的量级,普通振动的实践和隔振的资料并不适用。彼时,国内并不提微振动。最初,风云四号团队也想过,要是微振动克制技术攻陷不了,就牺牲有效不雅观测工夫,让扫描辐射计和干涉式垂直探测仪分时工作,减小互相干扰。

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