一种空间相机多成像通道系统的时钟电路备份系统技术方案

一种空间相机多成像通道系统的时钟电路备份系统涉及空间相机可靠性设计领域，该系统在每个成像通道中增加一个专门用于通讯的晶振A，通过接收星载计算机发送的控制命令，实现晶振B和晶振C的冷备份；通过FPGA实现对晶振B和晶振C的切换和状态监测功能。多个成像通道同时使用晶振B或晶振C输出的时钟信号产生CCD时序驱动等大幅值、大功率的信号，避免了不同成像通道中大功率、大幅值的周期信号的产生源于不同晶振的情况，从而避免了拍频干扰的发生。本发明专利技术的系统在不降低图像质量的同时，提高了空间相机成像系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种空间相机多成像通道系统的时钟电路备份系统
本专利技术属于空间相机可靠性设计领域，特别涉及一种空间相机多成像通道系统的时钟电路备份系统。
技术介绍
探测器采用多片TDI-CCD拼接而成的空间相机中，每片TDI-CCD对应一个成像通道，每个成像通道包含独立的成像控制器FPGA，多个成像通道构成了整个成像系统。传统设计中，为了避免多个成像通道之间CCD信号出现拍频串扰，整个成像系统共用一个时钟电路。以两片TDI-CCD为例，其结构如图1所示。景物信息经光学系统后投射到多片拼接在一起的TDI-CCD上，每片CCD对应一个成像控制器FPGA，主要完成TDI-CCD的时序驱动发生、TDI-CCD输出的视频信号量化控制并采集量化后的图像信息打包下行。这种电路结构虽然有效的避免了拍频干扰噪声的出现，但时钟电路成为了单点失效故障点。而时钟电路是所有时序信号和处理逻辑能够正常工作的基础，一旦出现问题必将导致整个成像系统失效，成像系统可靠性低。如果每个成像通道采用各自的时钟电路，又将会导致成像系统出现拍频干扰噪声，图像质量下降。如何对时钟电路进行备份设计，而不引入拍频干扰噪声具有十分重要的现实意义。
技术实现思路
为了解决传统设计方式中可靠性不高的问题，本专利技术提出了一种空间相机多成像通道系统的时钟电路备份系统。该系统基于拍频干扰产生的原因，对不会引起拍频干扰噪声的时钟电路采用热备份方式，对能够引起拍频干扰噪声的时钟电路采用冷备份方式，由星载计算机发送主备时钟选择命令来进行切换。在不引入拍频噪声的前提下，对时钟电路进行了备份，提高了系统的可靠性。本专利技术所采取的技术方案如下：一种空间相机多成像通道系统的时钟电路备份系统，包括多个晶振A、多个成像控制器FPGA、晶振B和晶振C；每个成像通道中设置一个晶振A和一个成像控制器FPGA，晶振A输出的时钟信号接入本成像通道中的FPGA的全局时钟输入管脚X；晶振B和晶振C频率相同但与晶振A频率不同，晶振B和晶振C在各自的使能引脚为高电平时输出时钟信号，晶振B输出的时钟信号分别接入每个成像通道中FPGA的全局时钟输入管脚Y，晶振C输出的时钟信号分别接入每个成像通道中FPGA的全局时钟输入管脚Z；成像通道1中FPGA的使能引脚与晶振B的使能引脚连接，此FPGA控制晶振B的开或关；成像通道2中FPGA的使能引脚与晶振C的使能引脚连接，此FPGA控制晶振C的开或关；每个成像通道中FPGA的通讯模块使用时钟X，FPGA的时钟选择模块根据通讯模块发出的时钟选择信号对输入的时钟Y和时钟Z进行切换，选择其中一路时钟输出给FPGA的CCD时序驱动模块、CCD信号处理模块和打包发送模块；时钟选择模块还会对时钟Y和时钟Z的工作状态进行监测，并将监测状态通过通讯模块发送给星载计算机，并下行到地面作为进行时钟切换的判定依据。本专利技术的有益效果如下：1)晶振B和晶振C同频率，互为备份。当其中一路晶振失效时，可以通过FPGA切换到另一路晶振，避免了单点失效点，提高了系统的可靠性。2)晶振B和晶振C在同一时刻仅一个在工作，另一个输出为低电平，不存在拍频信号，从而避免了拍频干扰的产生，保证了图像质量。3)每个成像通道引入了一个用于通讯的时钟X，由于该时钟X仅用于FPGA的通讯模块，不会在电路中引入大幅值、大功率的周期变化信号，同时时钟X与时钟Y或时钟Z(CCD时序驱动信号的基频)不同频，因此不会引入拍频干扰。4)FPGA的时钟选择模块在没有通讯模块的控制时，默认选择晶振B输出的时钟信号作为CCD时序驱动等模块用的时钟信号，不会影响系统的正常功能。附图说明图1是现有空间相机成像系统的结构示意图。图2是本专利技术空间相机多成像通道系统的时钟电路备份系统的结构示意图。图3是本专利技术中的FPGA的软件结构框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述。如图2所示，以两个成像通道为例，本专利技术空间相机多成像通道系统的时钟电路备份系统在每个成像通道中增加一个晶振A，其输出的时钟信号引入本通道中FPGA全局时钟输入管脚X；在电路公共区放置两个晶振，分别为晶振B和晶振C，两晶振频率相同，互为备份，与晶振A频率不同。两晶振具有使能引脚，当使能引脚为高电平时，晶振输出时钟信号；否则输出信号保持为低电平。晶振B输出的时钟信号分别引入成像通道1和成像通道2中FPGA的全局时钟输入管脚Y，晶振C输出的时钟信号分别引入成像通道1和成像通道2中FPGA的全局时钟输入管脚Z。成像通道1中的成像控制器FPGA通过使能引脚控制晶振B的开或关，成像通道2中的成像控制器FPGA通过使能引脚控制晶振C的开或关。本专利技术的备份系统中，对于每个成像通道的成像控制器FPGA，要同时接收到三路时钟信号X、Y、Z。每个成像通道的成像控制器FPGA按照功能划分为五个模块，分别为：通讯模块、时钟选择模块、CCD时序驱动模块、CCD信号处理模块和打包发送模块，其软件结构如图3所示。这五个模块中通讯模块使用时钟X，时钟选择模块根据通讯模块发出的时钟选择信号对输入的时钟Y和时钟Z进行切换，选择其中一路时钟输出给CCD时序驱动模块、CCD信号处理模块和打包发送模块。FPGA的时钟选择模块在没有通讯模块的控制时，默认选择晶振B输出的时钟信号作为CCD时序驱动模块等模块用的时钟信号。同时时钟选择模块会对时钟Y和时钟Z的工作状态进行监测，并将监测状态通过通讯模块发送给星载计算机，并下行到地面作为进行时钟切换的判定依据。在必要时，可以由人工注入切换命令的方式，控制时钟Y和时钟Z进行切换。实施例：可靠性分析：假设晶振工作三年的可靠度为0.9，则图1的设计方案中成像系统的可靠度为P＝0.9。采用本专利技术的设计方案后，成像系统失效的可能组合为：晶振A、晶振B、晶振C同时失效：概率为0.001；晶振A、晶振B同时失效：概率为0.01；晶振B、晶振C同时失效：概率为0.01；其它时间系统均能正常工作，则可知使用本专利技术的设计方案后，成像系统的可靠度为P＝1-0.001-0.01-0.01＝0.979，大大提高了成像系统的可靠性。本专利技术通过合理的设计，实现了对空间相机多成像通道系统的时钟电路备份，在不降低图像质量的前提下，提高了成像系统的可靠性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间相机多成像通道系统的时钟电路备份系统，其特征在于，该系统包括多个晶振A、多个成像控制器FPGA、晶振B和晶振C；每个成像通道中设置一个晶振A和一个成像控制器FPGA，晶振A输出的时钟信号接入本成像通道中的FPGA的全局时钟输入管脚X；晶振B和晶振C频率相同但与晶振A频率不同，晶振B和晶振C在各自的使能引脚为高电平时输出时钟信号，晶振B输出的时钟信号分别接入每个成像通道中FPGA的全局时钟输入管脚Y，晶振C输出的时钟信号分别接入每个成像通道中FPGA的全局时钟输入管脚Z；成像通道1中FPGA的使能引脚与晶振B的使能引脚连接，此FPGA控制晶振B的开或关；成像通道2中FPGA的使能引脚与晶振C的使能引脚连接，此FPGA控制晶振C的开或关；每个成像通道中FPGA的通讯模块使用时钟X，FPGA的时钟选择模块根据通讯模块发出的时钟选择信号对输入的时钟Y和时钟Z进行切换，选择其中一路时钟输出给FPGA的CCD时序驱动模块、CCD信号处理模块和打包发送模块；时钟选择模块还会对时钟Y和时钟Z的工作状态进行监测，并将监测状态通过通讯模块发送给星载计算机，并下行到地面作为进行时钟切换的判定依据。

【技术特征摘要】
1.一种空间相机多成像通道系统的时钟电路备份系统，其特征在于，该时钟电路备份系统包括多个晶振A、多个成像控制器FPGA、晶振B和晶振C；每个成像通道中设置一个晶振A和一个成像控制器FPGA，晶振A输出的时钟信号接入本成像通道中的FPGA的全局时钟输入管脚X；晶振B和晶振C频率相同但与晶振A频率不同，晶振B和晶振C在各自的使能引脚为高电平时输出时钟信号，晶振B输出的时钟信号分别接入每个成像通道中FPGA的全局时钟输入管脚Y，晶振C输出的时钟信号分别接入每个成像通道中FPGA的全局时钟输入管脚Z；多个成像通道中选出成像通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丙玉，王晓东，曲洪丰，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22