專利名稱：空間遙感tdi ccd相機電子學系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種空間遙感TDI C⑶相機電路模塊化的結構設計。
背景技術：
空間遙感TDI CXD相機在測繪、資源普查、農業生產、環境科學等各個領域都有廣泛的應用。根據實際的應用不同，不同的空間遙感TDI CCD相機所使用的TDI CCD傳感器不同，從而導致了相機中后級的驅動、數字化和圖像處理合成的方法不同，需要根據不同的情況從新設計。目前航天產品日益朝著小型化、模塊化和集成化的方向發展，因此也就要求空間遙感TDI CCD相機的電子學系統據有高通用性和高靈活性，便于集成化和模塊化。
發明內容
本發明為解決現有空間遙感TDI CCD相機結構無法實現集成化和模塊化且不具備通用性和靈活性的問題，提供一種空間遙感TDI CXD相機電子學系統。空間遙感TDI CXD相機電子學系統，該系統包括預放模塊、驅動模塊、量化與時序驅動模塊、數據處理模塊、控制模塊和遙測模塊；所述預放模塊用于接收TDI C⑶器件輸出的TDI C⑶視頻信號，并將TDI C⑶視頻信號放大，預放模塊接收控制模塊通過預放控制端輸出的控制信息和驅動模塊輸出的TDI CCD電源信號；預放模塊還用于將放大的視頻信號發送至量化與時序驅動模塊；所述量化與時序驅動模塊對接收的TDI CCD視頻信號采集和量化，預放模塊發送預放模塊遙測信號至遙測模塊；所述驅動模塊用于接收控制模塊通過驅動控制端輸出的信號和量化與時序驅動模塊輸出的驅動時序，所述驅動模塊用于發送TDI C⑶電源信號至TDI CXD器件和預放模塊，驅動模塊輸出TDI C⑶驅動信號至TDI C⑶器件，驅動模塊還用于發送驅動模塊遙測信號至遙測模塊；所述量化與時序驅動模塊用于接收預放模塊輸出的放大的TDI CCD視頻信號、量化與時序驅動模塊接收控制模塊通過量化與時序模塊控制端輸出的控制信息，并根據接收的信息配置驅動時序輸出的時序模式，量化與時序模塊接收數據處理模塊輸出的數據處理讀控制時序信號；所述量化與時序驅動模塊還用于發送驅動時序至驅動模塊、發送量化與時序驅動模塊遙測信號至遙測模塊和發送圖像數據至數據處理模塊；所述數據處理模塊用于接收量化與時序驅動模塊輸出的圖像數據，還用于接收控制模塊通過數據處理控制端輸出的控制信息和衛星平臺發送的數傳讀控制時序信號；數據處理模塊用于發送數據處理讀控制時序至量化與時序驅動模塊、發送數據處理模塊遙測信號至遙測模塊和通過數傳接口發送信息至衛星平臺；所述控制模塊用于通過相機控制端接收衛星平臺的控制信息，控制模塊通過預放控制端、驅動控制端、量化與時序模塊控制端和數據處理控制端分別對應向預放模塊、驅動模塊、量化與時序驅動模塊和數據處理模塊發送控制信息；
所述遙測模塊用于接收TDI CXD器件輸出的TDI CXD遙測信號、驅動模塊輸出的驅動模塊遙測信號、預放模塊輸出的預放模塊遙測信號、量化與時序驅動模塊輸出的量化與時序驅動模塊遙測信號和數據處理模塊輸出的數據處理模塊遙測信號，并根據接收的每個模塊的遙測信號采集所述模塊的工作狀態信息，所述遙測模塊還用于將采集的每個模塊的信息通過衛星遙測接口發送至衛星平臺。本發明的有益效果本發明所述的空間遙感TDI CCD相機電子學系統實現了集成化和模塊化，該相機系統具有高通用性和靈活性，各個模塊的復用性強，每個模塊都可以集成器件的形式存在，因此本發明的系統結構可以作為相機電子學集成化的一種實現方案。
圖1為本發明所述的空間遙感TDI CXD相機電子學系統的結構示意圖；圖2為本發明所述的空間遙感TDI CCD相機電子學系統中數據處理模塊讀取控制信號與圖像數據輸出時序關系示意圖；圖3為本發明所述的空間遙感TDI CCD相機電子學系統中數傳讀取控制信號與圖像數據輸出時序關系示意圖；圖4為本發明所述的TDI CXD的像素及讀出結構示意圖；圖5為本發明所述的TDI CXD驅動信號中的垂直轉移時序關系圖；圖6為本發明所述的TDI CCD驅動信號中的水平轉移時序關系圖；圖7為本發明所述的TDI CXD驅動信號中垂直與水平轉移時序關系圖；圖8為多片TDI C⑶拼接的相機電子學系統的結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、結合圖1至圖3說明本實施方式，空間遙感TDI C⑶相機電子學系統，該系統包括預放模塊、驅動模塊、量化與時序驅動模塊、數據處理模塊、控制模塊和遙測模塊；所述預放模塊用于接收TDI C⑶器件輸出的TDI C⑶視頻信號，并將TDI C⑶視頻信號放大，預放模塊接收控制模塊通過預放控制端輸出的控制信息和驅動模塊輸出的TDI CCD電源信號；預放模塊還用于將放大的視頻信號發送至量化與時序驅動模塊；所述量化與時序驅動模塊對接收的TDI CCD視頻信號采集和量化，預放模塊發送預放模塊遙測信號至遙測模塊；所述驅動模塊用于接收控制模塊通過驅動控制端輸出的信號和量化與時序驅動模塊輸出的驅動時序，所述驅動模塊用于發送TDI C⑶電源信號至TDI CXD器件和預放模塊，驅動模塊輸出TDI C⑶驅動信號至TDI C⑶器件，驅動模塊還用于發送驅動模塊遙測信號至遙測模塊；所述量化與時序驅動模塊用于接收預放模塊輸出的放大的TDI CCD視頻信號、量化與時序驅動模塊接收控制模塊通過量化與時序模塊控制端輸出的控制信息，并根據接收的信息配置驅動時序輸出的時序模式，量化與時序模塊接收數據處理模塊輸出的數據處理讀控制時序信號；所述量化與時序驅動模塊還用于發送驅動時序至驅動模塊、發送量化與時序驅動模塊遙測信號至遙測模塊和發送圖像數據至數據處理模塊；
所述數據處理模塊用于接收量化與時序驅動模塊輸出的圖像數據，還用于接收控制模塊通過數據處理控制端輸出的控制信息和衛星平臺發送的數傳讀控制時序信號；數據處理模塊用于發送數據處理讀控制時序至量化與時序驅動模塊、發送數據處理模塊遙測信號至遙測模塊和通過數傳接口發送信息至衛星平臺；所述控制模塊用于通過相機控制端接收衛星平臺的控制信息，控制模塊通過預放控制端、驅動控制端、量化與時序模塊控制端和數據處理控制端分別對應向預放模塊、驅動模塊、量化與時序驅動模塊和數據處理模塊發送控制信息；所述遙測模塊用于接收TDI CXD器件輸出的TDI CXD遙測信號、驅動模塊輸出的驅動模塊遙測信號、預放模塊輸出的預放模塊遙測信號、量化與時序驅動模塊輸出的量化與時序驅動模塊遙測信號和數據處理模塊輸出的數據處理模塊遙測信號，并根據接收的每個模塊的遙測信號采集所述模塊的工作狀態信息，所述遙測模塊還用于將采集的每個模塊的信息通過衛星遙測接口發送至衛星平臺。本實施方式所述的驅動模塊以及與之相關的TDI CCD驅動信號、驅動時序驅動控制端、驅動模塊遙測信號和TDI C⑶電源的工作原理是驅動模塊實現了 TDI CXD各個驅動時序信號的產生和TDI C⑶各個類型電源的管理。該模塊對應于一片TDI C⑶傳感器； 所述輸入的TDI CXD驅動信號包括有TDI CXD驅動行同步信號TCK、垂直轉移驅動CIxdK 平轉移驅動CRx、復位信號RST和積分級數選擇信號CS&c。其中根據實際的TDI CCD的型號不同CIx信號和CRx信號中的χ可以選取3或4，CSSx中的χ可以選取一個到若干個； 根據實際TDI CCD的型號需求驅動時序信號最多可以配置為四組不同時序的輸入；所述的驅動控制端采用總線控制方式，控制驅動模塊的功能配置，如上下電控制、驅動信號電平控制、驅動方式選擇等功能。此外，驅動控制端也可以輸出驅動模塊的工作狀態；所述的TDI CCD驅動信號，所述的驅動模塊遙測信號，直接輸出驅動模塊內部的一些關鍵工作點的工作狀態，包括溫度狀態、延時狀態和電流電壓工作狀態等；所述的TDI CXD電源輸出各類TDI CCD電源種類，并且要求嚴格保證各類電源的上下電順序。可以根據實際TDI CCD的選型配置6到8種電源的使用。本實施方式所述的預放模塊以及與之相關的TDI CXD視頻信號、放大的TDI CXD 視頻信號、預放控制端、預放模塊遙測信號和TDI CCD電源的工作原理是預放模塊完成了 TDI CCD輸出信號的緩沖放大，可以根據預放控制端的控制配置為不同的工作模式、工作帶寬、模塊輸入特性、模塊輸出特性和放大倍率，根據實際工作狀態通過預放控制端和預放模塊遙測信號返回信息；所述的TDI CXD視頻信號輸入來自于TDI C⑶的OS端的信號，根據實際使用的TDI C⑶的型號，預放模塊可以被配置成1到8個TDI CXD視頻信號輸入，其各個輸入特性參數可以通過來自于預放控制端的信息控制；所述的放大的TDI CCD視頻信號為TDI CCD視頻信號的放大輸出，預放模塊可以被配置成1到8個TDI CCD視頻信號輸出，其各個輸出特性參數可以通過來自于預放控制端的信息控制；所述的預放控制端采用總線控制方式，傳輸外界的控制信息和返回預放模塊的內部工作狀態。預放模塊遙測信號可以直接輸出回預放模塊的內部工作狀態；所述的TDI C⑶電源輸入來自于TDI C⑶驅動模塊的各類工作電源。本實施方式所述的量化與時序驅動模塊以及與之相關的放大的TDI CCD視頻信號、驅動時序、量化和時序模塊控制端、量化與時序驅動模塊遙測信號、數據處理讀控制時序和圖像數據的工作原理是量化與時序驅動模塊完成了對于TDI CCD信號的采樣量化和 TDI CCD驅動時序的發生，可以根據來自于量化和時序模塊控制端的控制信息配置驅動時序輸出的時序模式，并可以根據實際的工作狀態返回遙測信息；所述的放大的TDI CCD視頻信號為輸入的TDI CCD視頻信號，根據配置情況可以同時接收1到8路輸入；所述的量化與時序驅動模塊控制端采用總線的方式實現了對于量化與時序驅動模塊主要功能的配置和控制；所述數據處理讀控制時序為輸入信號，并且為一組讀取圖像數據的控制信號，控制讀出已經量化后的圖像數據。包括輸入信號數據處理讀控制時序包括數據通道選擇端 CSx, χ的取值與時序驅動模塊的通道配置數相同，控制不同通道的圖像數據輸出的使能和 TDI CXD的驅動使能；輸入信號圖像數據讀取時鐘RDx，χ的取值與時序驅動模塊的通道配置數相同，其上升沿對應著有效的讀出圖像數據；輸入信號讀數據使能RENx，χ的取值與時序驅動模塊的通道配置數相同，控制著相應通道有效的讀取周期。輸出信號READYx，χ的取值與時序驅動模塊的通道配置數相同，表明內部圖像數據準備好，以確定圖像數據讀取的時間和讀取數據的正確性。圖像數據輸出DxO到Dxl5，χ的取值與時序驅動模塊的通道配置數相同，為不同通道的圖像數據輸出，在CS或REN不使能時輸出高阻，與數據處理讀控制時序的關系結合圖2 ；根據配置情況可以配置為8位、12位和16位輸出；驅動時序根據配置情況可以輸出1到4組TDI CXD的驅動信號，并且根據所選TDI C⑶的型號不同通過來自于量化和時序模塊控制端的信息配置各個時序信號間的時序關系，完成對于不同型號 TDI CCD的驅動控制功能；量化與時序驅動模塊遙測信號直接輸出量化與時序驅動模塊的內部工作狀態。本實施方式所述的數據處理模塊和相關的數據處理讀控制時序、圖像數據、數傳讀控制時序、數傳接口、數據處理模塊遙測和數據處理控制端的工作原理是數據處理模塊完成了一片TDI C⑶圖像傳感器的圖像數據或多片TDI C⑶圖像的數據整合和實時處理， 最終由數傳接口輸出；數據處理讀控制時序為輸出信號，是一組讀取圖像數據的控制信號， 控制讀出已經量化好的圖像數據。圖像數據輸入DxO到Dxl5，χ的取值與時序驅動模塊的通道配置數相同，為不同通道的圖像數據輸入，在CS或REN不使能時輸出高阻，根據配置情況可以配置為8位、12位和16位輸入。數據處理模塊同樣采用量化和時序模塊的數據讀取輸出的方式，由數傳讀控制時序和數傳接口來完成這一功能。數傳讀控制時序為輸入信號，來自于衛星平臺，是一組讀取整合后圖像數據的控制信號，包括數傳通道選擇端CC&c，輸出信號，χ的取值與輸傳通道配置數相同，控制不同數傳通道的圖像數據輸出的使能；圖像數據讀取時鐘CRDx，輸入信號，χ的取值與數傳通道配置數相同，其上升沿對應著有效的圖像數據；讀數據使能 CRENx，輸入信號，χ的取值與數傳通道配置數相同，控制著相應數傳通道有效的讀取周期； CREADYx，輸出信號，χ的取值數與傳通道配置數相同，表明該數傳通道內部圖像數據準備好，以確定圖像數據讀取的時間和讀取數據的正確性；圖像數據輸出CDx
, χ的取值與數傳通道配置數相同，為不同通道的圖像數據輸出，在CCS或CREN不使能時輸出高阻，根據配置情況可以配置為8位、12位和16位輸出。結合圖3所示；所述的數據處理控制端采用總線方式接收來自控制模塊的配置信息，數據處理模塊遙測信號直接輸出數據處理模塊的內部工作狀態。本實施方式所述的控制模塊及相關的驅動控制端、預放控制端、量化和時序發生控制端、數據處理控制端以及相機控制端的工作原理是控制模塊通過相機控制端接收來自衛星平臺的控制信息，配置驅動模塊、預放模塊、量化和時序發生模塊、數據處理模塊工作于正確的工作模式下。其中的相機控制端采用總線的方式接收來自于衛星平臺的控制指令，經由控制模塊的解譯后通過其他模塊的控制端分別控制、配置各個模塊。此外除了相機控制端的其它控制端的功能與驅動模塊、預放模塊、量化和時序發生模塊、數據處理模塊的相應功能一致。本實施方式所述的遙測模塊及相應的驅動模塊遙測信號、預放模塊遙測信號、量化與時序驅動模塊遙測信號、衛星遙測接口和數據處理模塊遙測信號的工作原理是遙測模塊通過各個模塊遙測接口管理相機內部的工作狀態后通過衛星遙測接口返回遙測信號。
具體實施方式
二、結合圖2至圖7說明本實施方式，如圖4假設相機的TDI CXD傳感器據有6144個像元，分四段讀出，讀出可以從八個抽頭雙向讀出，也可以從四抽頭單向讀出，本實施例僅考慮八抽頭輸出的情況，因此有八個TDI CCD輸出端，分別為0S1、0S2、 0S3、0S4、0S5、0S6、0S7、0S8。該 TDI CCD 行驅動包括 CR1、CR2、CR3 和 CR4 四個信號。復位脈沖為RST。列驅動信號包括CI1P、CI2P、CI3P和CI4P，列驅動時鐘TCKP。積分級數選擇脈沖CSS8、CSS16、CSS32和CSS64，此類脈沖在積分級選定的情況下相應的CS&c與CI3P 為同一脈沖，比如在64級積分的情況下，CSS64被設定在固定電平上，剩余的與CI3P為相同的脈沖。具體的TDI CCD的驅動時序關系結合圖5、圖6和圖7中所示，各個時間參數實現見表1。表 1
時間名稱時間含義時間數值時間單位T 1 tran垂直轉移時間1. 6μ st” t2、t3垂直轉移時鐘相位差0. 5μ st4、t5垂直轉移保持時間1μ sT 1 TCKP垂直轉移周期32. 36μ sT 1 CR水平轉移時鐘周期40nsT 1 RST復位脈沖周期40nstil垂直轉移到水平轉移時間間隔0. 36μ stl2水平轉移到垂直轉移時間間隔0. 77ms本例中每抽頭25MHz，最高的行周期為30. 90KHz，總視頻速率為200MHz，因此本例中的量化與時序驅動模塊的數據讀出端滿足圖2所示的圖像數據讀出時序關系，各個時間參數的實現見表2，量化與時序發生模塊的圖像數據讀出時序。表 2
時間名稱時間含義時間數值時間單位T 1 CS轉換使能到有效數據輸出時間20nsT ready有效數據穩定時間9nsTf數據轉換結束時間10nsTd數據周期10 40nsT1行開始同步時間10ns量化與時序驅動模塊可以根據配置情況將8路TDI CXD視頻信號量化為8、12或 16位的圖像數據后分8路或合并輸出。該TDI CCD使用VBB、VOD、VDD三種電源。上電順序為VBB — VOD — VDD —所有驅動脈沖開始。下電順序為所有驅動脈沖結束一VDD — VOD — VB。因此驅動模塊的TDI CXD電源信號模塊需要分別實現VBB、VOD、VDD,并控制實現上面所述的上電順序。預放模塊根據每抽頭的輸出的TDI CXD視頻信號25MHz的帶寬需要而被配置為 200MHz的帶寬，可以完成對視頻信號的不失真放大。另外因為采用八抽頭的TDI CCD所以本模塊被配置成八通道的模式。數據處理模塊的主要功能是在接收到CCS的有效使能后，發出附圖2所示的時序， 并且在數傳讀出時序的作用下輸出處理后的數據，結合圖3，數據率在250MHz 100MHz，具體時序實現表3。表權利要求
1.一種空間遙感TDI CCD相機電子學系統，該系統包括預放模塊、驅動模塊、量化與時序驅動模塊、數據處理模塊、控制模塊和遙測模塊；其特征是，所述預放模塊用于接收TDI C⑶器件輸出的TDI C⑶視頻信號，并將TDI C⑶視頻信號放大，預放模塊接收控制模塊通過預放控制端輸出的控制信息和驅動模塊輸出的TDI CCD 電源信號；預放模塊還用于將放大的視頻信號發送至量化與時序驅動模塊；所述量化與時序驅動模塊對接收的TDI CXD視頻信號采集和量化，預放模塊發送預放模塊遙測信號至遙測模塊；所述驅動模塊用于接收控制模塊通過驅動控制端輸出的信號和量化與時序驅動模塊輸出的驅動時序，所述驅動模塊用于發送TDI C⑶電源信號至TDI CXD器件和預放模塊，驅動模塊輸出TDI C⑶驅動信號至TDI CXD器件，驅動模塊還用于發送驅動模塊遙測信號至遙測模塊；所述量化與時序驅動模塊用于接收預放模塊輸出的放大的TDI CCD視頻信號、量化與時序驅動模塊接收控制模塊通過量化與時序模塊控制端輸出的控制信息，并根據接收的信息配置驅動時序輸出的時序模式，量化與時序模塊接收數據處理模塊輸出的數據處理讀控制時序信號；所述量化與時序驅動模塊還用于發送驅動時序至驅動模塊、發送量化與時序驅動模塊遙測信號至遙測模塊和發送圖像數據至數據處理模塊；所述數據處理模塊用于接收量化與時序驅動模塊輸出的圖像數據，還用于接收控制模塊通過數據處理控制端輸出的控制信息和衛星平臺發送的數傳讀控制時序信號；數據處理模塊用于發送數據處理讀控制時序至量化與時序驅動模塊、發送數據處理模塊遙測信號至遙測模塊和通過數傳接口發送信息至衛星平臺；所述控制模塊用于通過相機控制端接收衛星平臺的控制信息，控制模塊通過預放控制端、驅動控制端、量化與時序模塊控制端和數據處理控制端分別對應向預放模塊、驅動模塊、量化與時序驅動模塊和數據處理模塊發送控制信息；所述遙測模塊用于接收TDI CXD器件輸出的TDI CXD遙測信號、驅動模塊輸出的驅動模塊遙測信號、預放模塊輸出的預放模塊遙測信號、量化與時序驅動模塊輸出的量化與時序驅動模塊遙測信號和數據處理模塊輸出的數據處理模塊遙測信號，并根據接收的每個模塊的遙測信號采集所述模塊的工作狀態信息，所述遙測模塊還用于將采集的每個模塊的信息通過衛星遙測接口發送至衛星平臺。
2.根據權利要求1所述的一種空間遙感TDICCD相機電子學系統，其特征在于，所述預放控制端、驅動控制端、量化與時序模塊控制端和數據處理控制端采用總線控制方式對預放控制模塊、驅動控制模塊、量化與時序驅動模塊和數據處理模塊進行控制。
全文摘要
空間遙感TDI CCD相機電子學系統，涉及一種空間遙感TDI CCD相機電路模塊化的結構設計，它解決現有空間遙感TDI CCD相機結構無法實現集成化和模塊化且不具備通用性和靈活性的問題，包括預放模塊、驅動模塊、量化與時序驅動模塊、數據處理模塊、控制模塊和遙測模塊；驅動模塊實現了驅動時序信號的產生和電源管理，預放模塊完成TDI CCD輸出信號的放大，量化與時序驅動模塊完成對TDI CCD信號的采樣量化和驅動時序的發生，數據處理模塊完成TDI CCD圖像傳感器的圖像數據的整合，控制模塊接收衛星平臺的控制信息，遙測模塊通過遙測接口管理各個模塊的工作狀態并將返回遙測信號。
文檔編號H04N5/372GK102263912SQ20111021228
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月27日 優先權日2011年7月27日
發明者劉輝, 寧永慧, 郭永飛 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所