论文部分内容阅读
成像光谱仪的特点是在获取二维图象的同时测量每像元的光谱辐射，以同时获得目标的几何特征和光谱特征。目前成像光谱仪是通过光学系统对目标像的色散获取目标的连续辐射光谱。各种目标都有自己“特征光谱”，根据对目标光谱仪观测的需要，从地面对在轨运行的成像光谱仪注入编程指令选择合适光谱谱段和分辨率，因此，为了克服光谱精细分辨和海量数据获取的矛盾，成像光谱仪采用通道可编程CCD面阵成像。可编程面阵CCD是空间高分辨率高光谱成像仪的重要组件，可编程面阵CCD成像技术是空间高分辨率高光谱成像仪的关键技术之一。
论文以这样的应用背景展开对可编程面阵CCD成像技术的深入研究。通过计算面阵CCD驱动电路所需的驱动电流，从理论上分析了帧转移型可编程面阵CCD工作的关键因素，并用软件仿真进行了系统设计的验证，仿真结果为驱动电路设计提供了参考依据。面阵CCD的功率耗散导致CCD温度升高，从而导致暗电流增加，减小了CCD的动态范围。面阵CCD的功率耗散与工作帧转移速率有密切的关系。功率耗散的分析结果可以作为CCD制冷电路的设计依据。分析可编程面阵CCD的工作原理，结合精细分光技术和可编程面阵CCD应用技术，通进计算机模拟卫星数据传输系统，并通过I2C总线发送通道配置参数表，能重新设置面阵CCD全部时序。数字图像经过数据采集卡后进行显示和存储。为了达到总体目标，分析各通道谱段的大气传输模式和仪器的传递特性，合理设置通道增益系数。
论文从驱动电路、信号处理电路、数字系统三个方面研究了可编程面阵CCD成像系统电子学技术。在充分考虑CCD工作特性的基础上，提供足够的驱动能力保证驱动波形的信号完整性是可编程面阵CCD驱动电路设计的重大要素。高速CCD视频信号处理技术是论文的难点之一，论文分析了高速视频信号的噪声抑制技术、直流恢复、A/D变换电路，保证各通道与A/D转换输入动态范围匹配；解决复杂的可编程面阵CCD驱动时序电路设计技术。系统采用两个A/D转换器来降低A/D转换器的采样速率，一个A/D采样CCD光谱信号、另外一个A/D采样CCD暗信号，然后两个采样获得的数据相减从而实现了信号数字双相关采样。采用VHDL语言进行数字系统的模块化设计提高了CCD成像电路的集成度。
提出高光谱成像仪的光谱中心波长和带宽在轨程序控制思路，根据需要可以在轨设定通道数、中心波长和通道带宽等参数，提高星上数据存储器的利用率及仪器观测范围。可编程面阵CCD成像器件成功应用于空间高光谱成像仪，经成像试验和初步测试，该仪器具备在400km轨道高度100米地面分辨率的成像能力，达到国际同类仪器的水平。论文最后就进一步提高仪器的性能和工程化应用提出了几点建议。