空间面阵CCD相机时序电路设计

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1、万方数据第29卷第2期2008年6月航天返回与遥感SPACECRAFTRECOVERY＆REMoIESENS矾G53空间面阵CCD相机时序电路设计董杰董建婷(国防科学技术大学航天与材料工程学院，长沙4100r73)(北京空间机电研究所，北京100076)摘要文章介绍了空间面阵CCD相机工作模式和特点，以加120lM面阵CCD器件为例，探讨了面阵CCD相机时序电路的设计要求和实现方法，对时序发生电路的功能进行了仿真分析。关键词空间相机面阵电荷耦合器件时序电路设计TiIniIlgC疵llitD哪姆nofArraysCCDSpaceC锄emD0ngJie胁唔Jia埘ng(

2、蜥眦0f删∞aIld^Ia￡erial啦嘛她№i砌I㈣0f嗽№’融rdogy，岫彻3)(B嘶吨h嘲曲e0fspaceMech枷∞＆Ek乜ic时，B啕iIlg100076)A换血徼tTIlispIperw鹳ap曲edtopl删the诎p芒№“cha撇t面s6csofthea瑚ysCCD印∞ec锄【料a，ofwhichtheIel叩lj砌I烈Its锄d印p瑚ch鹤for血lilIgci姒litd豁i伊had胁Idisc璐sedbyt幽Ilgdle加1201M唧CCD鹅锄e】【锄扯，锄d明踟ndati伽al锄aly∞Iladalso妇ln础forevaJllatiIlgt

3、lle缸∞tionof峨geIl咄Iec“cIlit．KeywordsSpace伽眦AⅡaysm哼洲pkddevic鹪咖Ilgci咖itde$咖1引言到目前为止，空间CCD相机主要工作在500。1000km的中低轨道卫星平台上，采用的CCD也主要是线阵ccD器件。随着大口径非球面光学系统设计、加工、装调和检测技术的进步，光学系统的成像品质已经接近衍射极限，特别是ccD器件制造与应用技术已经发展成熟，再加上卫星的指向精度和稳定度已经达到相当高的水平，在这些技术基础之上，使得在地球静止轨道上使用对地凝视成像方式获取较高的地面摄影分辨率成为可能[1]。凝视观测需要使用面阵

4、图像传感器，而面阵CCD相机具有快速连续照相、信噪比高、观测机动性强的特点。由于工作原理的差异，空间面阵CcD相机与线阵ccD相机在时序电路上有很多不同点，面阵凝视型CCD相机的主要特点是：1)间断成像，成像时间间隔具有随机性；2)由快门控制积分时间，成像时序号陕门同步；3)相机成像前需要清空cCD势阱中的残余电荷；4)ccD驱动时序分为垂直转移与水平转移两部分，时序复杂、驱动负载大。本文以ArIMEI．公司生产的棚1201M面阵CCD器件为例介绍凝视型空间面阵ccD相机的时序电路设计方法。收稿日期：2007一11—28万方数据54航天返回与遥感2008年第29卷2

5、CCD器件简介肌120lM是全帧面阵ccD器件，有效光敏像元数为4096×4096，像元尺寸1l肿×11脚，光敏区尺寸为45mm×45H肌，在可见光到近红外谱段有较高的量子效率。加1201M结构示意图如图1。^区B区C区D区读出模式图1A田120lM结构示意图加120lM为全帧结构(FuuF砌e)，光敏区在垂直方向上分为相同大小的A、B、C、D四个区域，四个区的垂直转移时钟引脚独立引出，分别连接到卿)A'，，烈)B7，刨Xf，卯D．7(1≤挺4)，光敏区采用的是四相时钟驱动转移结构，通过斜)A．7，钾阿，凹C．?，雪PW的不同逻辑关系组合可以实现多种垂直转移方式。光

6、敏面的上下两端各有一个水平移位寄存器(A寄存器和B寄存器)，水平移位寄存器采用的是两相时钟驱动转移结构，两相时钟被分配成8组，提供给寄存器A的为垂LAl一卿A8，给寄存器B的为①LBl一剜m8。通过对水平时钟引脚的组合配置同样可以实现多种水平转移读出方式。通过对A171201M垂直和水平驱动时钟引脚的组合配置可以实现单端、双端、四端等多种输出方式【2I。单端输出的ccD成像系统电路简单紧凑、体积小、功耗低、时序简单、像元一致性好[3J，本文采用单端输出方式，电荷从移位寄存器A的右端口输出。3时序与驱动电路设计要求(1)成像工作流程根据相机工作模式的需求，相机上电后，

7、时序发生电路处于等待状态，各时序信号输出为初始状态；在收到快门电路发出的快门就绪信号(Shut．Rdy)后，输出清空时序，使ccD器件处于清空状态；清空结束后，输出积分时序，ccD器件进入积分状态，此状态一直延续到快门电路给出的积分结束信号(IIlt—End)到来；接下■_I■，J■-I■，J■II■，J■-_■rJ万方数据第2期董杰等：空间面阵ccD相机时序电路设计55来转入电荷读出时序，CCD器件完成图像数据的读取，同时cCD信号预处理电路、AD转换电路、数字信号处理电路开始对输出信号进行处理。一帧图像数据的输出完成后，时序电路进入等待状态，等待快门就绪信号