FY_2E卫星杂散光评价与分析

FY-2E卫星杂散光评价与分析陈博洋1，李欣耀2，郭强1，陈福春2（1.国家卫星气象中心中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室，北京 100081；2.中科院上海技术物理研究所，上海 200083）摘要：通过FY-2E卫星可见光通道、红外1、红外2、红外3、红外4通道的杂散光评价，并且和FY-2D卫星发射初期的各通道杂散光评价对比，得到了FY-2E卫星可见光通道杂散光能量和FY-2D卫星可见光通道杂散光能量基本持平、其中A机通道性能略有提高，红外1、红外2、红外3、红外4各通道的杂散光绝对能量相比FY-2D卫星各红外通道杂散光绝对能量下降约30%～40%、其中红外2通道信杂比明显提高的结论；分析发现，是FY-2E卫星光路系统中的里奥光栏在降低杂散光方面发挥了巨大的作用。

关键词：FY-2E卫星；杂散光；信杂比；里奥光阑中图分类号：TP722.4 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2010)11-0636-04Estimate and Analysis for Stray Light of FY-2E SatelliteCHEN Bo-yang1，LI Xin-yao2，GUO Qiang1，CHEN Fu-chun2(1. National Satellite Meteorological Center, Key Laboratory of Radiometric Calibration and Validation for Environmental Satellite,China Meteorological Administration, Beijing 100081, China；2.Shanghai Institute of Technical Physics, Shanghai 200083, China)Abstract：After estimate for stray light of FY-2E satellite, and comparison to stray light of FY-2D satellite, there is the conclusion that visible stray light of FY-2E is similar to that of FY-2E satellite, and A detector is better, in infrared channels, the stray light is less 30%-40% than that of FY-2D, especially, in infrared channel 2, SNR is higher than that of FY-2D. By the analysis, lyot stop is the useful way to reduce stray light.Key words：FY-2E satellite，stray light，SNR，lyot stop引言FY-2E卫星是我国第三颗业务静止气象卫星，已于2008年12月23日在西昌卫星发射中心由长征三号甲运载火箭成功发射升空，定点于东经123.5°赤道上空。

国家卫星气象中心组织人力对FY-2E卫星进行了在轨测试，在轨测试表明，卫星系统功能正常、性能良好，除三年寿命和可靠性尚待继续考验外，卫星功能、性能符合《风云二号02批卫星研制总要求》，可以投入业务使用。

杂散光能量是卫星在轨测试项目中的重要指标，对卫星载荷的质量确定、遥感数据的定量应用等有重要作用，FY-2E卫星在轨测试表明，E星的杂散光绝对能量相比D星有了比较大的下降，通过分析发现，是扫描辐射计中的里奥光阑在降低杂散光能量方面发挥了巨大的作用。

通过杂散光在轨测试和分析，进一步明确了降低杂散光的方法，为后续的静止气象卫星设计、遥感数据定量应用打下了基础。

1 FY-2E杂散光评价FY-2E卫星有效载荷扫描辐射计共有5个通道：1个可见光通道和4个红外通道，分别对可见光（VIS）通道、红外1（IR1）通道、红外2（IR2）通道、红外3（水汽，IR3）通道和红外4（IR4）通道进行了杂散光评价。

1.1 可见光通道杂散光评价636637FY-2E 卫星可见光通道杂散光典型空间分布：FY-2E 的可见光图像为6 bit 量化，为了便于观察杂散光的分布范围，图1(a)和图1(b)都做了8 bit 拉伸显示。

图1(a)2009年1月15日04:00(UTC)点FY-2E 的可见光图像，图1(b)为该时次图像的圆盘外杂散光分布。

通过和FY-2D 卫星的可见光通道杂散光分布对比可以知道，FY-2E 卫星和FY-2D 卫星的杂散光分布范围基本相当。

进一步的定量分析表明：FY-2E 卫星的地球圆盘外的杂散光最高计数值为6，对应的电压值为144.6 mV ；另一方面，该时次图像的动态范围为62，对应的电压值为4810.2 mV 。

因此，当以电压值为能量基准时，最大杂散光约占系统最高能量的3%；从杂散光的空间分布和杂散光与最大能量的百分比评价，FY-2E 卫星的杂散光水平与FY-2D 基本持平（FY-2D 的杂散光能量比是3.4%）。

为了测试FY-2E 卫星备用通道和主通道的响应一致性，我们选择2009年2月23日04:30（UTC ）的FY-2E 备用通道可见光图像做了分析，该时次可见光图像的杂散光最高计数值为8，对的电压值为183 mV ；另一方面，该时次图像的动态范围为63，对应的电压值为4978.2 mV 。

因此，当以电压值为能量基准时，最大杂散光约占系统最高能量的3.6%，和主通道性能基本一致。

1.2 IR1（10.3～11.3 µm ）通道杂散光评价1）FY-2E 卫星IR1通道杂散光典型空间分布 这里选择FY-2E 卫星2009年1月15日04:00（UTC ）IR1通道图像做分析评价，给出该通道的原始图像（高8位）及其地球圆盘外杂散光空间位置分布图像，分析结果如图2(a)和图2(b)所示。

需要说明的是，为了更好的反映杂散光在地球圆盘外的空间分布，图2(b)用探测信息的低2位来表示，并经过了线性增强处理。

显然，FY-2E 卫星IR1通道在地球圆盘外受到杂散光的影响，和FY-2D 卫星的IR1通道杂散光评价对比，FY-2E 卫星的四个红外通道的起始量化电平降低到约29mV ，增强了对低温探测的能力，同时杂散光也得到了比较好的抑制。

2）FY-2E 卫星IR1通道杂散光性能指标定量评价 为了分析FY-2E 卫星IR1通道杂散光水平及其相关的能量指标，这里选择了2009年1月15日00:00～23:00（UTC ）FY-2E 卫星IR1通道连续24小时的数据做评价，上述数据分别分析了相应的信杂比指标，数据如表1所示。

为了和FY-2D 卫星的性能指标对比，我们在同一张图里画出连续24h 的FY-2E 卫星和FY-2D 卫星的IR1通道杂散光均值，如图3所示，图中的圆圈连线是FY-2D 卫星发射初期连续24h 的杂散光能量曲线，图中的星连线是FY-2E 卫星连续24h 的杂散光能量曲线，可以看出FY-2E 卫星的杂散光绝对能量相比FY-2D 卫星的杂散光绝对能量有比较大的下降。

(a) FY-2E 的可见光图像 (b) FY-2E 的可见光杂散图像图1 FY-2E 星可见光图像和杂散光图像Fig.1 Visible light image and visible stray light image of FY-2E638(a) FY-2E 卫星IR1通道高8位图 (b) FY-2E 卫星IR1圆盘外杂散光图像图2 FY-2E 星红外1通道图像和红外1通道杂散光图像 Fig.2 IR1 image and IR1 stray light image of FY-2E表1 FY-2E 卫星IR1通道能量指标 Table 1 Energy parameters of IR1 channel of FY-2E备注：*表示该时次受太阳光直射望远镜影响。

FY-2E IR1（10.3～11.3 µm ） 2009-1-15（UTC ） 时次最大有效目标/mV杂散计数值杂散均值/mV信杂比/dB00:00 4197.7 5 53.9 37.82 01:00 4451.2 5 53.9 38.33 03:00 4884.5 5 53.9 39.14 04:00 4956.5 5 53.9 39.27 05:00 4978.2 5 53.9 39.30 06:00 4864.5 5 53.9 39.10 07:00 4664.8 5 53.9 38.74 08:00 5190.2 5 53.9 39.67 09:00 4077.5 5 53.9 37.57 10:00 3829.1 5 53.9 37.03 11:00 3675.1 5 53.9 36.67 12:00 3555.5 5 53.9 36.38 13:00 3495.7 5 53.9 36.23 14:00 4317.4 5 53.9 38.07 15:00* 3540.6 6 58.8 35.59 16:00* 3395.9 4 49 36.81 17:00*3375.9 5 53.9 35.9318:00 3650.2 5 53.9 36.61 19:00 3326.2 5 53.9 35.80 20:00 3321.3 5 53.9 35.79 21:00 3430.9 5 53.9 36.07 22:00 3445.9 5 53.9 36.11 23:00 3724.9553.9 36.79639图3 FY-2E 、FY-2D 卫星IR1通道杂散光均值比较 Fig.3 Average stray light voltage comparison for IR1 channelsof FY-2E, FY-2D通过分析表1中的数据并参照图3可以得出如下基本结论：（1）FY-2D 、FY-2E 的IR1通道均处于红外波段的长波窗区内，因而对地面热源有一定的灵敏度，因此在03:00～06:00（UTC ）附近各通道的最大有效目标值均能达到最大，并在一天内呈周期变化；（2）FY-2E 卫星的IR1的杂散光平均能量（约55 mV ）要明显小于FY-2D 卫星的IR1，杂散光平均能量（约75 mV ），绝对能量下降，但由于两颗卫星所观测到的目标存在一定差异，FY-2E 观测的整体目标能量也小于FY-2D ，因此二者的信杂比指标相当。

（3）在15:00（IR1通道）时左右，由于太阳光直射镜筒导致通道杂散光能量显著提高，图像性能恶化，可能对定量化应用有一定影响。