月球探测卫星TDI—CCD相机成像质量影响因素分析及补偿途径

TDI—CCD通过多级信号积累的方式提高探测器的灵敏度，提高相机的探测能力，但TDI成像方式要求光生电荷的转移与焦平面上图像的运动保持同步。相对于普通线阵CCD相机而言，行频与像移失配是影响TDI—CCD相机成像质量的主要因素。根据月球探测卫星的特点，本文定量分析卫星姿态、稳定度、偏流角、地形和轨道高度变化对TDI—CCD相机图像质量影响程度，并提出了适合于月球环绕探测任务特点的补偿途径。

航天TDI-CCD亚像元相机的MTF研究

讨论了不同步采集和偏流角带来的像移对航天TDI-CCD亚像元相机系统相机调制传递函数的影响.通过对成像工作方式中所产生的速度失配和方向失配的调制传递函数影响的分析,得出了提高相机采集同步精度和消除偏流角的方法.

TDI-CCD相机的1.06μm激光饱和干扰实验研究

激光干扰是对抗成像观瞄设备和精确制导武器,保护己方目标的重要方式。目前,对图像传感器的干扰效果研究主要集中在CCD相机和CMOS相机,对TDI-CCD相机干扰效果的研究较少。为了研究激光对TDI-CCD图像传感器的干扰效果,利用1.06μm高重频激光开展了对TDI-CCD相机的饱和干扰实验研究。实验中测量并计算了TDI-CCD相机的图像饱和及过饱和激光功率密度阈值,分析计算了饱和干扰象元数与激光入射功率之间的关系,TDI-CCD相机工作行频与干扰效果的关系。解释了副光斑、过饱和现象及圆环状光斑的形成原因。实验结果表明,1.06μm激光对TDI-CCD相机饱和干扰阈值为7.9×10-4W/cm2,过饱和干扰阈值约为4.7 W/cm2,1.06μm激光可作为对抗TDI-CCD相机的有效干扰手段。

8192像元TDI-CCD相机信噪比的深入分析

对TDI-CCD相机系统的各种噪声产生的机理进行了深入分析,根据各种噪声的特点,提出了相应的噪声处理技术。进而建立TDI-CCD的噪声数学模型,推导噪声与TDI级数的关系。分析不同光照条件下各类噪声的主次关系,得出信噪比与积分关系的新结论。即在亮背景图像时TDI-CCD的信噪比与TDI级数M的平方根成正比;而在暗背景图像时TDI-CCD的信噪比与TDI级数M成正比。

光学拼接误差对TDI-CCD相机的影响

光学拼接是扩大CCD相机视场的有效方法,其关键技术为拼接精度的设计计算和正确评价。为了对光学拼接的工艺性进行有效评价,指导CCD光学拼接的设计,以光学调制传递函数(MTF)为其评价函数,分别对光学拼接的搭接误差、直线性误差、共面性误差对时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)相机光学传递函数的影响进行了理论分析,给出了各种光学拼接误差对光学系统传递函数的调制方程,为光学拼接技术的精度评价提供了理论依据,能够有效指导光学设备焦平面组件的工程设计。

基于FPGA的TDI-CCD时序电路设计

介绍TDI-CCD的特点、工作原理,根据项目所使用的TDI-CCD的使用要求,设计一种基于Altera公司的现场可编程门阵列(FPGA)EP3C25Q240的TDI-CCD驱动时序电路,驱动时序使用VHDL语言编写,在QuartusⅡ平台上进行时序仿真,通过在硬件电路中的测试结果表明,驱动时序满足该款产品的要求。该实验的主要目的是验证这款TDI-CCD的性能,为其应用和进一步的性能改善获得必要的数据,以促进国产CCD的发展及应用。

轨道姿态误差对TDI-CCD相机行周期及偏流角的影响分析

与其他文献的几何方法不同,本文从运动学角度出发,选定合适的参考系后,按照一系列不同坐标系的坐标转换,完成星下点运动速度矢量在敏感器坐标系的推导,把姿态、轨道、安装偏差作为相关参数,经过一系列坐标变换,表征在最终的偏流角公式及行转移频率动态公式中;在通常的对地稳定指向模式下,姿态参数和安装偏差很小,仅保留一阶小量.根据矢量表达,解析地给出行转移频率及偏流角与轨道,姿态的关系,从而方便分析误差的影响,并以几个典型的低轨为实例作了说明.

科学级TDI-CCD相机噪声抑制及实现

为提高科学级TDI-CD相机的工作性能,简要分析TDI-CCD视频信号的噪声和解决方法;给出TDI-CCD相机视频处理电路各个组成部分的设计,利用FPGA设计科学级TDI-CCD相机并进行动态实验及辐射定标实验。实验结果表明,该视频处理电路在本身引入噪声较小的同时,有效地抑制了TDI-CCD的噪声,获得较好的图像;数据输出速率在55MHz时,整机信噪比(S/N)在51dB以上。

高分辨率TDI-CCD成像数据的自适应MTF图像复原处理研究

调制传递函数(MTF)是光学成像系统性能的一个重要的综合评价指标,也是图像退化模型中最重要的部分。针对TDI-CCD成像数据的特点,从遥感图像中获取刀刃边缘来计算成像系统的MTF,采用维纳滤波法及修正的逆滤波器法(MIF)对退化图像进行MTF补偿处理。实验结果表明,高分辨率TDI-CCD成像数据经自适应MTF复原处理后,可以有效地改善图像质量。目前,该算法已成功地应用到我国国产地面卫星预处理系统中。

基于FPGA的高精度TDI-CCD信号发生器的设计

由于航天相机所使用的TDI-CCD(Time Delay and Integration Charge Coupled Devices)芯片价格昂贵而且极易损坏,提出了一种利用FPGA(Field Pmgrammable Gate Array)和多通道D/A转换器构成的宽频、高精度TDI-CCD信号发生器的原理方案和实现方法。通过对FPGA器件APA075和D/A转换器件DAC2900的配置,得到频率为11MHz的相关双采样形式的模拟TDI-CCD信号,同时通过改进PCB设计和滤波电路,提高了输出信号的精度,降低了噪声。本设计具有可编程、宽频、高精度和低硬件复杂度等特点,目前已成功应用到新一代高分辨率航天相机数据采集系统的研制中。

偏流角误差对TDI CCD相机成像的影响与仿真

本文分析了TDI CCD相机的偏流角调整过程和偏流角误差匹配的影响因素,依据偏流角误差导致的姿态稳定度偏差对相机成像质量的影响,建立推扫相机像点与物点一一对应的数学模型,根据TDI CCD成像时超出对应像素的横向与纵向偏移量的累加计算,仿真卫星姿态稳定度改变时相机的成像;同时,利用单轴气浮转台和面阵CCD进行成像实验,将实验条件的像移速度与仿真条件的像移速度匹配,并对面阵CCD成像进行偏移量的累加,模拟推扫CCD成像,最后利用图像对比度和互相关相似性测度分析仿真成像与实验成像质量。仿真成像与实验成像在对比度和互相关相似性测度上相差为0.03左右,能较好满足地面卫星相机连调试验的图像仿真。

空间遥感相机TDI CCD积分级数和增益的优化设置

为了提高空间TDI CCD遥感相机的成像质量,研究了相机TDI CCD积分级数和增益的优化设置方法。分别讨论了信噪比(SNR)和调制传递函数(MTF)与积分级数的关系,指出增加积分级数能解决光能量不足问题并有效提高SNR,但同时会引起系统MTF下降;增加增益也可解决光能量不足问题,但不能改变系统的SNR和MTF,因此优化积分级数和增益可改善图像质量。采用SNR×MTF作为图像质量评价指标,对积分级数和增益设置进行了优化。数值计算结果表明:在给定的相机参数下,当卫星俯仰角速度为0.005(°)/s,曝光量为饱和值的1/66时,积分级数选为44级,增益设置为1.5可获得较好的图像质量。

推扫型TDI CCD光学遥感器动态成像研究

针对基于推扫技术的TDI CCD空间光学遥感器动态成像试验,研制了一套检测系统。在系统中,设计了模拟卫星推扫的双支承U型结构精密转台。搭载遥感器,以角速度0.555°/s在±5°的范围内转动时,转台稳速控制精度达到0.3%。设计了一种奈奎斯特频率靶标,在每组矩形垂直靶条间加入公差为a/n的等差级数间隔靶条,解决了遥感器推扫时CCD像元与垂直靶条像匹配不确定性问题,使配准简化,提高了测量结果的准确性。试验结果表明:遥感器获得了垂直、水平及45°方向的0视场,±0.86视场奈奎斯特频率靶条像,验证了采用推扫技术的TDI CCD遥感器所具有的高品质。

TDI-CCD图像传感器的噪声分析与处理

为提高TDI-CCD的工作性能,根据TDI-CCD器件的工作原理,较完整地分析了TDI-CCD图像的噪声组成,给出了其噪声的详细分类。TDI-CCD的噪声主要来自两个方面,一个是TDI-CCD器件本身所固有的噪声,如霰粒噪声、非均匀性噪声、暗电流噪声、固定图形噪声、转移噪声等,另一个是TDI-CCD工作过程中的各种噪声干扰,如复位噪声和1/f噪声等。根据各种噪声的特点,提出了相应的噪声处理技术,并针对KTC噪声,给出了双相关采样电路处理方式,提高了器件的信噪比,输出信噪比达到53.8 dB。

CDS器件在TDI-CCD视频信号处理中的应用

本文是对国家８６３－２ 计划中某项目的部分工作所做的总结． 文中对ＣＣＤ 的噪音和新型ＴＤＩ－ＣＣＤ 输出视频信号的特性进行了分析，提出了对于各种噪音的处理方法，尤其详细介绍了采用相关双采样（ＣＤＳ）技术处理ｋＴＣ噪音和复位噪音的方法，并通过实验进行了验证，最后分析了系统的信噪比．

多TDI-CCD拼接相机成像非均匀性的校正

针对多TDI-CCD拼接相机存在成像非均匀性问题,开展了对拼接相机输出图像的片内及片间综合校正算法研究。结合CCD相机特性介绍了TDI-CCD的工作原理以及拼接相机成像非均匀性的产生机理。然后,分别对拼接相机片内及片间非均匀性校正的原理进行分析,提出了片内采用两点法校正,片间采用比值平均综合法校正。最后,对片内及片间综合非均匀性校正的参数标定及校正方法进行了探讨。实验结果表明,对存在8.4%非均匀性的原拼接输出图像,采用片内与片间综合校正法校正后,图像非均匀性达到了2.7%,表明该校正方法可基本满足TDI-CCD拼接相机对成像非均性校正的要求,其算法有效实用。

卫星姿态精度对TDICCD相机的影响

正确的姿态控制精度是TDICCD卫星相机正常工作的基本前提 .通过分析、计算卫星姿态控制精度导致的像移量及其与调制传递函数的对应关系 ,给出了TDICCD相机对卫星姿态精度的要求 .实例计算结果表明 ,TDICCD相机对卫星姿态控制精度的要求比普通CCD相机的要求高 ,且随着TDI积分级数的增加 。

基于辐射传输模型的TDI CCD遥感相机信噪比分析

信噪比是定量评价遥感相机成像质量和辐射性能的一项关键指标,信噪比的估算和测试对于遥感相机的研制至关重要。针对TDICCD相机从辐射传输和能量转换的角度推导了信噪比计算公式,基于大气辐射传输模型MODTRAN 4.0从理论上估算了某遥感相机在各种观测条件下的信噪比,结果表明:在典型观测条件下相机的信噪比不低于20dB。作为试验验证,利用积分球光源对相机进行了各种照明条件下的信噪比测试,测试结果证实了理论模型的正确性。

TDI CCD电荷转移对遥感相机成像质量的影响

由于多相位TDI CCD行间电荷转移引起的像移无法通过光、机、电等方法消除,本文研究了电荷转移对遥感相机成像质量的影响。首先,介绍了推扫式遥感相机的工作原理与前向像移补偿方法。接着根据TDI CCD行间电荷的转移方式,利用脉冲传递函数建立了电荷转移速度模型,并对TDI CCD电荷转移速度与景物像点移动速度进行了比较分析,揭示了TDI CCD电荷转移像移产生的原因。然后,建立了多相位TDI CCD电荷转移像移的调制传递函数,定量给出了二、三、四相位TDI CCD电荷转移像移引起的空间频率对比度损失。最后,搭建测试平台,采用胶片式遥感相机获取了奈奎斯特频率处的靶标图像,其分辨率为60lp/mm,并比较了三、四相位TDI CCD电荷转移像移对靶标分辨率的影响。实验结果表明,提出的电荷转移像移模型与图像实验仿真结果相吻合。

TDI-CCD总剂量辐射效应及测试

为评估空间辐射效应对应用于某空间相机的TDI-CCD的成像性能的影响,从器件的电路结构入手,分析了总剂量辐射效应对器件主要性能指标的影响。针对此器件的总剂量辐照测试方法研制了测试装置。用60Co对器件进行了γ射线总剂量辐照实验,定量测试了受辐照前后器件的光电响应性能及对比度传递函数的变化情况。实验结果表明,总辐照剂量达到20krad(Si)时,定制TDI-CCD的相对响应度、暗电流、动态范围、最大信噪比相对于该器件没受辐照的初始值变化量均小于5%,对比度传递函数(CTF)没有明显变化,说明定制TDI-CCD器件能够满足某空间相机的使用要求。