北京十五中-食品安全规章制度

第32卷 第11期 红 外 技 术 Vol.32 No.11
2010年11月 Infrared Technology Nov. 2010
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)11-0636-04

Estimate and Analysis for Stray Light of FY-2E Satellite
CHEN Bo-yang
1
，LI Xin- yao
2
，GUO Qiang
1
，CHEN Fu-chun
2
(1. National Satellite Meteorological Center, Key Laboratory of Radiometric Calibration and Validation for Environmental Satellite,
China Meteorological Administration, Beijing 100081, China；
ai 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

通过分析发现，是扫描辐射计中的里奥光阑在降低杂
引言
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
F Y-2E卫星是我国第三颗业务静止气象卫星，已
杂散光的方法，为后续的静止气象卫星设计、遥感数< br>于2008年12月23日在西昌卫星发射中心由长征三
据定量应用打下了基础。
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
1 FY-2E杂散光评价
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
FY-2E卫星有效载荷扫描辐射计共有5个通 道：1
功能、性能符合《风云二号02批卫星研制总要求》，
个可见光通道和4个红外通道，分 别对可见光（VIS）
可以投入业务使用。杂散光能量是卫星在轨测试项目
通道、红外1（IR 1）通道、红外2（IR2）通道、红
中的重要指标，对卫星载荷的质量确定、遥感数据的
外3 （水汽，IR3）通道和红外4（IR4）通道进行了
定量应用等有重要作用，FY-2E卫星在轨测试 表明，
杂散光评价。
E星的杂散光绝对能量相比D星有了比较大的下降，
1.1 可见光通道杂散光评价
收稿日期：2010-07-30.
作者简介：陈博洋（1980- ），男，博士，助理研究员，主要研究方向遥感仪器的顶层设计、遥感数据预处理、图像处理。
基金项 目：863项目“我国下一代静止气象卫星核心产品开发和应用关键技术研究”(项目号：2009AA12Z1 50)；国家自然科学基金“基于三维空间滤波的
过采样微波遥感数据的超分辨率图像重建方法研究”（ 基金号：40905013）。
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第32卷 第11期 Vol.32 No.11
2010年11月 陈博洋等：FY-2E卫星杂散光评价与分析 Nov. 2010
FY-2E卫星可见光通道杂散光典型空间分布：
为了便于观察FY-2E的可见光图像为6

bit量化，
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

m V；
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I R1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F Y-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
F Y-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-2E



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(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
























时次
FY-2E IR1（10.3～11.3

µm） 2009-1-15（UTC）
最大有效目标mV杂散计数值杂散均值mV信杂比dB
00:00 4197.7
01:00 4451.2
03:00 4884.5
04:00 4956.5
05:00 4978.2
06:00 4864.5
07:00 4664.8
08:00 5190.2
09:00 4077.5
10:00 3829.1
11:00 3675.1
12:00 3555.5
13:00 3495.7
14:00 4317.4
15:00* 3540.6
16:00* 3395.9
17:00*

18:00 3650.2
19:00 3326.2
20:00 3321.3
21:00 3430.9
22:00 3445.9
23:00 3724.9
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
6
4
5
5
5
5
5
5
53.9 37.82
53.9 38.33
53.9 39.14
53.9 39.27
53.9 39.30
53.9 39.10
53.9 38.74
53.9 39.67
53.9 37.57
53.9 37.03
53.9 36.67
53.9 36.38
53.9 36.23
53.9 38.07
58.8 35.59
49 36.81
53.9 36.61
53.9 35.80
53.9 35.79
53.9 36.07
53.9 36.11
53.9 36.79
3375.9 5 53.9 35.93
备注：*表示该时次受太阳光直射望远镜影响。
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第32卷 第11期 Vol.32 No.11
2010年11月 陈博洋等：FY-2E卫星杂散光评价与分析 Nov. 2010

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 channels
of FY-2E, FY-2D
就不再详细列出， 只给出评价结果，具体的评价过程
可查阅“FY-2E卫星图像质量分析组在轨测试报告”。
FY-2E卫星图像杂散辐射总体评价：
（1）可见光通道杂散光与FY-2D卫星分布范围 基
本相当，整体能量相当，其中主通道性能得到一定改
善。
（2）IR1、IR2、 IR3及IR4通道杂散光与FY-2D
相比，绝对能量降低30%～40%；其中，IR2通道的信杂比得到明显提高。
（3）午夜前后由于太阳对镜筒直射的影响，可见
光、IR3、I R4图像中出现明显的杂散辐射，与FY-2CD
情况类似。
（4）FY-2E主通道和FY-2E备用通道的性能接近。
2 FY-2E杂散光分析
FY-2E卫星的杂散光评价结果显示，红外各通道
的杂散光绝对能量均有大幅度下降，达到3 0%～40%，
分析E星和D星在光路设计中的最大不同是E星在
红外探测器管壳窗口处设置了 里奥光阑，如图4所示。
分析一下里奥光阑的作用。红外定标目的是确定
辐射计的响应率R， V
目
－V
0
＝R*
Φ
(T
目
)。为精确拟 合
曲线，对输出电平V
目
－V
0
和目标黑体辐射通量
Φ(T
目
)
两组数据一直采用二次多项式拟合，V
目
－V
0
＝a*
Φ
(T
目
)
2
＋b*
Φ(T
目
)＋c。其中常数项c的意义是零输入
时辐射计的电压输出，反映了辐射计 的仪器背景杂散
辐射，通过设置里奥光阑，探测器看得见的机械件关
键面立体角变小，导致了常 数项c的变小：常数项c
的变化能够验证增设里奥光阑的效果。
表2所示的实验比较了D星和E星辐射计在辐冷
93.6

K时，①主镜5℃ 、次镜10℃；②主镜5℃、次
镜14℃；③主镜8℃、次镜17℃，3种工况下的参数
c。< br>芯片
滤光片
元件窗口
里奥光阑

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0 3:00～06:00（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 。
1.3 FY-2E卫星图像杂散辐射总体评价
由于测试原理的一致性和文章篇幅限制 ，FY-2E
卫星的IR2、IR3和IR4通道的杂散光辐射评价过程
图4 FY-2E卫星红外通道的里奥光阑示意图
Fig.4 Lyot stop for IR channels of FY-2E
（下转第644页）


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第32卷 第11期 红 外 技 术 Vol.32 No.11
2010年11月 Infrared Technology Nov. 2010
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（上接第639页）
表2 FY-2E星和FY-2D星红外定标参数c对照表
Table 2 Comparison between c parameters from IR channels of FY-2D and FY-2E
工况
1
2
3
主备
IR1 IR2 IR4 WV
D星 E星 D星
62 .547
59.012
59.341
65.919
66.726
62 .407
E星
10.727
9.9944
7.0053
14.26 6
12.408
11.354
D星
87.697
65.37182.809
65.645
80.393
61.889
E星
3 0.852
28.831
20.582
30.538
25.312
2 6.290
D星 E星
38.542 0.4313
37.185 3.7726
40.752 0.6621
44.455 -0.1108
41.380 1.22
38.575 2.05
A 62.043 2.0831
B 61.605 5.8652
A 64.322 3.6381
B 61.970 9.8986
A 67.871 3.6044
B 60.930 1.9512
< br>E星辐射计的常数c，数值上在IR1、IR2、IR4
和WV四个通道分别降到D星的8%，1 7%，37%和
4%。图形上表现为定标曲线的纵轴截距更趋近于零：
这表明里奥光阑对辐射计 各个通道的仪器背景杂散
辐射都发挥了明显的抑制作用，同时不遮挡红外信号
光，能够有效的改 善系统信杂比。
能量下降约30%～40%、其中红外2通道信杂比明显
提高的结论；并且根 据FY-2E卫星和FY-2D卫星在光
路设计上的最大不同：增加里奥光阑，分析了里奥光
阑 能够在不遮挡红外信号光的同时，可以有效抑制各
通道的杂散辐射能量。
文章的结果对FY- 2E卫星的在轨运行质量做了定
量评价，也佐证了里奥光阑对杂散光抑制效果的理论
分析，对后 续静止气象卫星的仪器设计提供了有力的
证据，为卫星遥感数据的定量应用做了有益的研究。

参考文献：
[1] 郭强, 陈博洋, 等. FY-2E卫星图像质量分析组在轨测试报告[R].
[2] 国家卫星气象中心. 风云二号D星在轨测试报告[R].
[3] 李欣耀, 等. 里奥光阑复核复算实验文档.
3 结论
文章通过对FY-2E卫星的各通道杂散光辐射评价
并与FY-2D卫星的各通道杂散光辐射对比，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

644