一种CCD器件位移效应试验验证方法技术

技术编号:17613834 阅读:57 留言:0更新日期:2018-04-04 05:32
本发明专利技术提供一种CCD器件位移效应试验验证方法,涉及卫星寿命与可靠性分析技术领域,步骤为:(1)配置试验过程中的测试条件和测试性能指标;(2)根据卫星在轨运行环境信息,确定试验过程中的辐照条件;(3)根据CCD器件在轨成像时的组成结构,确定参试CCD器件的工作模式;(4)当不存在辐照时,获取在步骤(3)确定的工作模式下CCD器件的初始性能测试指标;(5)根据步骤(1)配置的CCD器件工作温度、步骤(2)中确定的辐照条件以及步骤(3)中确定的工作模式进行试验,得到不同辐照剂量下分别对应的测试性能指标;(6)得到位移效应与测试性能指标之间的影响关系。

A test verification method for displacement effect of CCD devices

The present invention provides a method for displacement effect CCD device test, involving satellite life and reliability analysis of technical field, which comprises the following steps: (1) configuration during the test test conditions and performance indicators; (2) according to the satellite information, determine the conditions in the process of irradiation test; (3) according to the composition the structure of CCD devices in orbit imaging, determine the tested CCD devices work mode; (4) when there is no radiation, obtained in step (3) test index of initial performance of CCD devices to determine the working mode; (5) according to the steps of (1) CCD device working temperature and configuration steps (2) irradiation conditions determined in step (3) to determine the mode of test, test performance index respectively obtained under different irradiation doses; (6) influence the displacement effect and test the performance index of the relationship.

【技术实现步骤摘要】
一种CCD器件位移效应试验验证方法
本专利技术属于卫星寿命与可靠性分析
,涉及一种CCD器件位移效应试验验证方法。
技术介绍
近些年,遥感卫星上配置的相机成像多用CCD器件的拼接来实现,CCD器件的在轨可靠性和寿命直接决定了相机成像质量和寿命,也就是影响了遥感卫星整个任务实现的质量。随着用户要求的提高,遥感卫星研制方对CCD器件的认识也逐步提高,对其在轨成像因素进行了深入分析。分析得知,星上使用的CCD器件工作寿命除了与其他电子元器件一样,会受到热、力学环境影响外,最严重的就是会受空间辐照环境的影响。在空间电子、质子等的辐照下,会对CCD造成严重的辐射效应,包括电离总剂量效应、位移损伤效应等,CCD器件由于其特殊的晶格特点,空间辐射环境对CCD产生作用引起的位移效应会导致CCD的暗电流、转移效率等电学、光学参数的退化,影响CCD的成像质量。目前由于之前CCD器件使用寿命要求低、成像质量要求不高和测试水平有限等的局限,目前还没有对卫星上使用的CCD器件开展位移效应分析的专项研究和通过试验来进行位移效应验证,还没有一种可以定量化给出的CCD器件位移效应与CCD器件性能之间关系的方法。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供了一种CCD器件位移效应试验验证方法,实现了定量化CCD器件位移效应与器件性能之间的关系,弥补了现有技术中还没有对卫星上使用的CCD器件开展位移效应分析的专项研究和通过试验来进行位移效应验证的技术空白。本专利技术的技术解决方案是:一种CCD器件位移效应试验验证方法,包括如下步骤:(1)配置试验过程中的测试条件和测试性能指标,所述测试条件包括CCD器件工作温度,所述测试性能指标包括CCD器件暗电流、转移效率;(2)根据卫星在轨运行环境信息,确定试验过程中的辐照条件,所述辐照条件包括辐照粒子类型、辐照最大剂量、不同的卫星在轨运行时间分别对应的辐照剂量;(3)根据CCD器件在轨成像时的组成结构,确定参试CCD器件的工作模式;(4)当不存在辐照时,获取在步骤(3)确定的工作模式下CCD器件的初始性能测试指标;(5)根据步骤(1)配置的CCD器件工作温度、步骤(2)中确定的辐照条件以及步骤(3)中确定的工作模式进行试验,得到不同辐照剂量下分别对应的测试性能指标;(6)根据步骤(4)得到的初始测试性能指标以及步骤(5)中得到的不同辐照剂量下分别对应的测试性能指标,得到位移效应与测试性能指标之间的影响关系。进一步地,所述步骤(2)中辐照粒子类型为质子。进一步地,所述步骤(2)中根据卫星在轨运行环境信息,确定试验过程中的辐照最大剂量的方法为:根据卫星的轨道类型、轨道高度、在轨寿命以及在轨期间的太阳活动信息,确定试验过程中的辐照最大剂量。进一步地,所述步骤(2)中根据卫星在轨运行环境信息,确定不同的卫星在轨运行时间分别对应的辐照剂量的方法为:以年为时间单位,分别确定连续不同的在轨运行时间分别对应的辐照剂量。进一步地,所述步骤(3)中确定参试CCD器件的工作模式的方法为:根据五色CCD器件的输出结构,获取CCD器件对应的工作模式为从P谱段和B1—B4两个谱段分别水平往左转移、水平往右转移、水平往两端转移三个转移方向的六种谱段水平转移模式;从所述六种谱段水平转移模式中选择任意一种水平转移模式作为参试CCD器件的工作模式。进一步地,所述步骤(6)中根据步骤(4)得到的初始CCD器件暗电流以及步骤(5)中得到的不同辐照剂量下分别对应的CCD器件暗电流,得到位移效应与CCD器件暗电流之间的影响关系的方法为:对初始CCD器件暗电流与不同辐照剂量分别对应的CCD器件暗电流比对,生成不同位移效应等级分别对应的CCD器件暗电流偏差值,不同位移效应等级分别对应不同辐照剂量。进一步地,所述步骤(6)中根据步骤(4)得到的初始转移效率以及步骤(5)中得到的不同辐照剂量下分别对应的转移效率,得到位移效应与转移效率之间的影响关系的方法为:对CCD器件初始转移效率与不同辐照剂量分别对应的转移效率比对,生成不同位移效应等级分别对应的转移效率偏差值,不同位移效应等级分别对应不同辐照剂量。本专利技术与现有技术相比的优点在于:本专利技术通过不同辐照剂量模拟不同位移效应等级和CCD器件在轨时长,从而可以得到不同位移效应与测试性能指标之间的影响关系,填补了卫星用CCD器件位移效应验证试验方法的空白;同时可确保通过该位移效应验证试验,了解该类器CCD件在轨工作时在空间环境作用下的性能变化情况,有效的为卫星相机设计提供了决策支撑,也为CCD器件在轨工作寿命提供了验证手段。附图说明图1为本专利技术方法的流程框图。具体实施方式本专利技术方法的流程框图如图1所示,包括如下步骤:1.1CCD器件与位移效应相关的参数确定获取试验过程中的测试条件和测试性能指标,所述测试条件为CCD器件工作温度,测试性能指标包括器件暗电流、转移效率等。其中,CCD器件在轨成像时受温度影响较大,为保证成像稳定,在轨时对其采取了严格的控温措施将温度控制在5℃,但温度对CCD成像主要是对暗电流的影响且已知,可通过温度与暗电流变化关系进行不同温度下的折算。因此为降低试验成本,试验中选择20℃左右的室温,通过测试数据折算可得到在轨工作温度下的器件暗电流指标。卫星在轨的空间辐射环境中,最值得关注的是电子和质子,而质子由于能量很大,有的高达几百电子伏,穿透能力很强,因此会对CCD造成严重的辐射效应,需重点关注。通过分析,质子入射在CCD像元电荷转移沟道内会发生非电离能量损失,导致沟道材料晶体Si内受碰撞的晶格原子偏离原有格点位置,若非电离能量损失超过沟道材料的位移损伤阈值,则受碰撞的晶格原子脱离原来晶格内原子之间的束缚作用,造成晶格体缺陷,主要表现为硅晶格位移损伤。CCD是典型的少数载流子工作器件,反映到参数变化上,典型的就是暗电流增大、转移效率下降等。因此选定器件转移效率及暗电流电流作为器件的主要性能参数指标。1.2确定辐照条件具体地,根据空间不同粒子产生位移效应的等效分析,确定开展CCD位移效应验证的辐照条件,包括粒子类型、辐照剂量、持续时间等。其中,该卫星使用的CCD器件在轨使用寿命要求为不小于5年,卫星运行在六百多公里的太阳同步轨道,其中有一年将会遇到太阳活动高年,根据轨道空间环境分析,5年寿命期的带电粒子总剂量水平约为1.04E+04rad(Si)。地面模拟空间粒子的照射一般由中子和质子两种选择,而质子本身为带电粒子,由本文3.1节可知,质子导致CCD产生的位移效应更明显,因此试验选用10MeV能量的空间连续谱质子进行辐照试验。试验中,分别按照1年、2年、3年、4年、5年的在轨剂量,并考虑一定余量的情况下,设定等效模拟的质子量值分别为5E+9p/cm2、1E+10p/cm2、5E+10p/cm2、1E+11p/cm2、1.6E11p/cm2、2.0E11p/cm2,对应模拟的在轨剂量水平约为:1.E+03rad(Si)、5E+03rad(Si)、1E+04rad(Si)、1.6E+04rad(Si)、2E+04rad(Si)。试验通过在EN串列静电加速器上,通过高压对真空环境下质子的加速,获得能量为10MeV的高能质子。1.3试验工况确定确定参试CCD的试验工况包括试本文档来自技高网...
一种CCD器件位移效应试验验证方法

【技术保护点】
一种CCD器件位移效应试验验证方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)配置试验过程中的测试条件和测试性能指标,所述测试条件包括CCD器件工作温度,所述测试性能指标包括CCD器件暗电流、转移效率;(2)根据卫星在轨运行环境信息,确定试验过程中的辐照条件,所述辐照条件包括辐照粒子类型、辐照最大剂量、不同的卫星在轨运行时间分别对应的辐照剂量;(3)根据CCD器件在轨成像时的组成结构,确定参试CCD器件的工作模式;(4)当不存在辐照时,获取在步骤(3)确定的工作模式下CCD器件的初始性能测试指标;(5)根据步骤(1)配置的CCD器件工作温度、步骤(2)中确定的辐照条件以及步骤(3)中确定的工作模式进行试验,得到不同辐照剂量下分别对应的测试性能指标;(6)根据步骤(4)得到的初始测试性能指标以及步骤(5)中得到的不同辐照剂量下分别对应的测试性能指标,得到位移效应与测试性能指标之间的影响关系。

【技术特征摘要】
1.一种CCD器件位移效应试验验证方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)配置试验过程中的测试条件和测试性能指标,所述测试条件包括CCD器件工作温度,所述测试性能指标包括CCD器件暗电流、转移效率;(2)根据卫星在轨运行环境信息,确定试验过程中的辐照条件,所述辐照条件包括辐照粒子类型、辐照最大剂量、不同的卫星在轨运行时间分别对应的辐照剂量;(3)根据CCD器件在轨成像时的组成结构,确定参试CCD器件的工作模式;(4)当不存在辐照时,获取在步骤(3)确定的工作模式下CCD器件的初始性能测试指标;(5)根据步骤(1)配置的CCD器件工作温度、步骤(2)中确定的辐照条件以及步骤(3)中确定的工作模式进行试验,得到不同辐照剂量下分别对应的测试性能指标;(6)根据步骤(4)得到的初始测试性能指标以及步骤(5)中得到的不同辐照剂量下分别对应的测试性能指标,得到位移效应与测试性能指标之间的影响关系。2.根据权利要求1所述的一种CCD器件位移效应试验验证方法,其特征在于,所述步骤(2)中辐照粒子类型为质子。3.根据权利要求1所述的一种CCD器件位移效应试验验证方法,其特征在于,所述步骤(2)中根据卫星在轨运行环境信息,确定试验过程中的辐照最大剂量的方法为:根据卫星的轨道类型、轨道高度、在轨寿命以及在轨期间的太阳活动信息,确定试验过程中的辐照最大剂量。4.根据权利要求1所述的一种CCD器件位移效应试验验证方法,其特征在于,所述步骤(2)中根据卫星在轨运行环境信息,确定...

【专利技术属性】
技术研发人员:宫颖潘腾刘红雨杜洁罗继强
申请(专利权)人:北京空间飞行器总体设计部
类型:发明
国别省市:北京,11

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