空间辐照环境下的FPGA可靠性设计技术

为了使基于SRAM结构的FPGA系统能够在空间辐照环境下稳定、安全、可靠地运行,FPGA软件的高可靠性设计便显得尤为重要。本文分析了空间辐照条件下FPGA发生故障的原因和机理,并结合实际设计的空间载荷项目,着重从软件方面提出了防范和解决的措施和方案。最后通过仿真和环境实验,验证了设计方案的可行性。     

CO2探测仪信息处理系统的设计与实现

鉴于CO2气体对气候的重大影响,世界各国针对CO2气体提出了多种遥感观测方法,并发射了多颗光学遥感探测仪器.CO2探测仪是基于大气分子吸收池原理,通过测量CO2和Q的吸收光谱来对大气中的CO2和O2进行观测,提供精细光谱测量结果,而信息处理系统是CO2探测仪获取高光谱分辨率和高信噪比光谱信息的关键部分.详细阐述了信息处理系统的硬件电路结构和软件系统结构,以可编程逻辑器件FPGA为核心进行信息处理系统的设计,完成了对信号的放大、相关双采样、量化、采集和传输等重要功能控制.实验结果表明,信息处理系统输出信噪比达到63.6 dB,图像清晰,工作稳定可靠,实时传输数据稳定,完全满足预期设计,为最终获取大气光谱信息奠定了坚实的基础.     

基于EZ-USB的CCD信号采集系统

针对航天应用领域某有效载荷设备的CCD信号采集需要,提出一种基于USB 2.0的CCD信号采集方案,其中包括硬件接口设计和软件设计。采用FPGA加EZ-USB的系统架构完成硬件接口设计,USB接口芯片工作于从模式,信号传输采用批量传输模式,利用VC＋＋6.0平台设计出信号采集软件。经ISE和Modelsim仿真以及EZ-USB硬件平台检验,系统实现了CCD信号采集,且运行稳定。     

线阵CCD筛选电路的设计与研究

航天任务中,为保证低等级器件的可靠性需要对其进行筛选。针对Kodak公司的商用CCD探测器KLI-2113,设计了可供12片CCD同时进行老炼试验的筛选电路,通过对各驱动信号的频率、宽度和相互位置关系的仔细调试,获得了满足信噪比要求的数字图像。在此基础上,针对12片CCD进行了老炼试验,试验结果表明,器件完全满足可靠性筛选方法的要求。本文中筛选电路的设计方法对其他航天任务中的低等级器件筛选也具有一定的参考价值。     

高密度模块化TDI CCD成像系统设计

为提升遥感相机的高密度组装技术,采用厚膜集成电路技术设计了高集成度的TDI CCD成像系统,并对该成像系统中的具体设计做了详述。首先TDI CCD焦平面通过机械拼接方式拼凑成可复制的单元。然后,通过三极管射极跟随器增强CCD输出图像信号强度传送给模拟前端芯片LM98640中转换成14 bit的数字信号,再传给现场可编程门阵列芯片XC5VLX50T-1FFG1136C缓存和整合处理。最终,通过TLK2711高速LVDS输出芯片传输给数据采集卡并在计算机上成像。该成像系统中所有的驱动信号和处理时序都是通过现场可编程门阵列产生的,计算机可以通过RS422通信总线对成像系统进行控制和部分参数修改。该系统中的驱动电路和CCD二次电源电路采用厚膜集成电路技术设计,提高了系统的集成度。实验结果表明:整个系统基于厚膜技术,驱动电路PCB电路板减少了2/3的面积,同时采用了机电热一体化的设计,实现了相机的高密度组装。该系统总数据输出速度达到3.6 Gbps,饱和输出图像信噪比52.6 dB。     

CCD成像系统中模拟前端噪声的研究

为了提高CCD成像电子学系统的信噪比,设计了3种模拟前端电路,借助Orcad软件对它们的输出波形进行比较,分析电路结构与噪声产生机理的关系,从理论上比较3种电路结构的噪声水平。然后采用三线阵CCD探测器KLI8023和视频处理器TDA9965在硬件上实现3路模拟前端的电路设计,并通过X64-LVDS采集卡分别将3路图像信息显示在终端机上。每个像元成像50次,统计这50次的均方差（噪声）和信噪比,通过拟合曲线比较三路模拟前端的噪声水平和信噪比。在相同光照条件下,第1路的信噪比达到750dB,第3路只有600dB,验证了理论分析的结果,讨论不同像元频率、带宽与信噪比的关系,为今后的成像系统电路设计提供参考和实验依据。     

三线阵CCD视频信号处理系统研究

本文简要分析了三线阵CCD的原理结构,根据其输出视频信号特征及系统要求,需要实现相关双采样、可编程增益控制、行校准等综合处理的方法。TDA8783是CCD专用视频信号处理器,包含上述功能,且性能优异,本文详细阐述了其实现方法,并成功应用于研制的线阵CCD相机,得到了行频360Hz的理想视频图像,信噪比达到55dB。     

高度集成电路在光电探测中的设计与应用

由于空间相机的大规模化高集成的发展,以及空间的限制,不得不进行优化设计,甚至通过特殊技术来减少电路板的面积。针对一款TDI CCD探测器的驱动电路的复杂性,基于厚膜技术将驱动电路集成在一个模块中。厚膜技术的优势在于可靠性高,设计灵活,投资小,成本低,周期短。通过厚膜集成后的模块面积减少到未集成的1 3。在实验中用示波器测的厚膜集成后的模块输出的信号完全满足TDI CCD探测器的需求。同时该设计对航天任务中大规模电路集成化提供了一定的参考借鉴作用。     

用数字图像相关法测量线阵CCD的象元位置

本文研究了应用数字图像相关法测量线阵CCD器件各象元相对位置的方法。通过实际的CCD象元图像,对各种相关度量法的匹配精度和抗干扰能力进行了分析对比,选出了适当的相关度量法。为了解决匹配速度问题.本文介绍了SSDA法在本系统中的应用,对其门限选择问题进行了研究并提出了确定门限的方法。文中还提出了一种两级模板寻优的快速匹配方法。在硬件方面,设计了TMS320C25加速处理板与主机构成主从式高速处理系统。     

基于InGaAs探测器的制冷试验分析

为解决红外图像高质量要求与紧张的卫星有效载荷资源间矛盾,针对Xenics公司的InGaAs短波红外探测器XLIN-1.7-2048开展电制冷试验以确定其工作模式。对比暗背景与不同光辐照情况下,探测器开启半导体热电制冷与不制冷时的像元均值、噪声与灵敏度,综合考虑系统要求、功耗、辐冷板面积、重量及可靠性等因素,最终确定常温工作状态下的工作模式。