根據(jù)遙感領(lǐng)域高光譜成像對(duì)大幅寬、高分辨率需求,研制了一套適合航天LASIS高光譜成像應(yīng)用的高分辨率、寬視場(chǎng)、高光譜、高可靠性的新型高速光譜成像儀電子學(xué)系統(tǒng),它采用多片四通道并行處理ADC芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,以V5系列FPGA為核心處理器,用高速SerDes芯片傳輸圖像數(shù)據(jù),成像測(cè)試及相關(guān)環(huán)境試驗(yàn)及可靠性測(cè)試,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的有效性。該設(shè)計(jì)為我國(guó)進(jìn)入航天遙感領(lǐng)域領(lǐng)先行列提供了技術(shù)支撐,也為深入開(kāi)展高分辨遙感提供了有益的借鑒。 

【文章來(lái)源】：紅外與激光工程. 2020,49(S1)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【圖文】：

LASIS成像儀

電子學(xué)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)有效像元為2 048×256、幀頻1 500 fps的低軌對(duì)地高空間分辨率光譜成像，其中水平方向2 048列像元決定了高光譜成像儀的空間分辨率及刈幅寬度；推掃方向256行像元決定了高光譜成像儀干涉圖的譜段數(shù)(波數(shù)分辨率已確定條件下)。之前的高速光譜成像設(shè)計(jì)思路，電路規(guī)模比較大，研制成本高，且占用空間資源多、功耗大，極大加劇了衛(wèi)星資源緊張的局面[7]。筆者設(shè)計(jì)用四通道模擬視頻并行分區(qū)處理來(lái)縮小電路規(guī)模及降低功耗，且具有降低成本的優(yōu)勢(shì)，如圖2所示。設(shè)計(jì)中CCD采用定制背照式面陣高幀頻來(lái)實(shí)現(xiàn)2 048×256像元面陣1 500 fps的速度，模數(shù)轉(zhuǎn)換采用8片ADDI7004構(gòu)成了實(shí)現(xiàn)2 048×256像元圖像幅面、32并行通道像元速率均為35 MHz的高速CCD視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換，中央控制采用升級(jí)篩選的Virtex5構(gòu)架FPGA芯片XQ5VFX130T高速并行緩存、拼接并存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)，圖像輸出使用8片高速Ser Des芯片TLK2711HFG來(lái)實(shí)現(xiàn)12.8 Gbps的傳輸帶寬[8]。在此設(shè)計(jì)指標(biāo)下，圖像數(shù)據(jù)率達(dá)到了9.6 Gbps

LASIS高光譜成像儀可見(jiàn)光近紅外譜段(400～900 nm)光電轉(zhuǎn)換采用定制背照式2 048×256像元的大面陣、高幀頻CCD，像元大小為16μm×16μm。它有32個(gè)抽頭，每個(gè)抽頭對(duì)應(yīng)128×128像元區(qū)域，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。其感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移采用A1、A2、A3三相轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)移頻率最快6 MHz。水平轉(zhuǎn)移采用C1、C2兩相轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)，最快35 MHz。32個(gè)抽頭均工作在讀出像元速率35 Mpixels/s下，可實(shí)現(xiàn)最高1 500 fps的速度。CCD飽和時(shí)滿(mǎn)阱電荷數(shù)為250ke-，填充系數(shù)為100%。CCD接口部分有192個(gè)引腳：其中32個(gè)引腳是視頻輸出；驅(qū)動(dòng)輸入引腳22個(gè)；供電引腳16，接地引腳32，其余均為偏置電壓引腳，如圖3所示。CCD光電轉(zhuǎn)換所需11路驅(qū)動(dòng)信號(hào)A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、SUM、TR和RET具有擺幅大、頻率高特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路使用了ISL7457SRH，它是單片四通道輸出芯片，工作電壓15 V，每路峰值輸出電流2 A。輸出電阻≤3Ω，上升/下降時(shí)間≤12 ns，最高工作頻率40 MHz。CCD驅(qū)動(dòng)脈沖的幅度由驅(qū)動(dòng)器ISL7457SRH的15 V工作電壓決定，驅(qū)動(dòng)脈沖的電平由偏壓進(jìn)行調(diào)節(jié)[9]。驅(qū)動(dòng)時(shí)序由后續(xù)FPGA產(chǎn)生后送驅(qū)信號(hào)產(chǎn)生電路。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]寬譜段高分辨掃描光譜定標(biāo)技術(shù)[J]. 遲明波,韓欣欣,徐陽(yáng),舒風(fēng)風(fēng),吳一輝.  中國(guó)光學(xué). 2020(02)
[2]微型傅立葉變換光譜儀的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[J]. 趙云,呂金光,秦余欣,陶金,梁中翥,王維彪,尼啟良,孟德佳,梁靜秋.  中國(guó)光學(xué). 2020(02)
[3]高性能低噪聲數(shù)字讀出電路[J]. 姚立斌,陳楠.  紅外與激光工程. 2020(01)
[4]甚高靈敏度紅外探測(cè)器讀出電路研究進(jìn)展[J]. 陳虓,李立華,梁艷,胡彥博,李敏,姚立斌,趙長(zhǎng)明,趙鵬,李雯霞.  紅外與激光工程. 2020(01)
[5]基于ADDI7004的星載高光譜成像儀圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J]. 劉永征,孔亮,閆鵬,溫志剛,劉文龍,劉學(xué)斌.  電子器件. 2019(06)
[6]FY-3D星紅外高光譜大氣探測(cè)儀的在軌光譜精度評(píng)估[J]. 陸其峰,周方,漆成莉,胡秀清,徐寒列,吳春強(qiáng).  光學(xué)精密工程. 2019(10)
[7]大面陣高幀頻CMOS成像電子學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 寧永慧,劉輝,趙慶磊,郭漢洲.  光學(xué)精密工程. 2019(05)
[8]大孔徑靜態(tài)干涉成像光譜儀圖像的條紋消除與配準(zhǔn)[J]. 王府北,景娟娟,吳瓊水,周錦松.  測(cè)繪學(xué)報(bào). 2016(06)
[9]大孔徑靜態(tài)干涉成像光譜儀光譜信噪比研究[J]. 王爽,相里斌,李立波,皮海峰.  光譜學(xué)與光譜分析. 2014(03)
[10]高分辨率大面陣CCD相機(jī)高幀頻設(shè)計(jì)及其非均勻性的校正[J]. 任航.  紅外與激光工程. 2013(06)

博士論文
[1]高集成度模塊化CCD成像系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 孫振亞.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2019
[2]專(zhuān)用集成電路技術(shù)在高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與科學(xué)級(jí)CCD成像系統(tǒng)中的研究[D]. 楊東旭.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[3]空間高幀頻背照式CCD驅(qū)動(dòng)與信息處理技術(shù)研究[D]. 陳劍武.中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所) 2015



本文編號(hào)：3277810