一种高轨面阵凝视红外相机成像电路系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高轨面阵凝视红外相机成像电路系统，包括面阵红外探测器、偏置驱动模块、信号处理模块、数据存储模块、锁定限流监控模块和高速时钟管理模块。在偏置驱动模块和信号处理模块中，采用高性能高抗辐照能力的器件，产生面阵红外探测器工作所需的偏置驱动电压和时序；在数据存储模块采用读写控制灵活且单粒子翻转免疫的磁存储器阵列存储面阵红外探测器大规模的非均匀性校正系数，有效防止单粒子翻转效应的发生；对系统中单粒子锁定敏感的器件，采用锁定限流控制技术，保护锁定器件不被大电流烧毁，提高器件的抗单粒子锁定能力；高速时钟管理模块为各模块提供高质量的时钟。本发明专利技术具有高速、高可靠性、高抗辐照能力的特点。

Imaging circuit system for staring infrared camera with high rail array

The invention discloses a high orbit array staring infrared camera imaging circuit system, including array infrared detector, a bias drive module, signal processing module, data storage module, control module and lock limiting high speed clock management module. In the offset drive module and signal processing module, device with high performance high radiation resistance, the bias required array infrared detector is the driving voltage and time; in the data storage module used to read and write control flexible and SEU immune magnetic memory array infrared detector mass nonuniformity correction coefficient, effectively prevent SEU occurs; on the sensitive devices of single particle locking system, using locking limit flow control technology, the protection of locking device is not a large current burned, improve the device anti single particle locking ability; high speed clock management module provides high quality clock for each module. The invention has the characteristics of high speed, high reliability and high radiation resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种高轨面阵凝视红外相机成像电路系统
本专利技术属于红外相机成像
，尤其涉及一种高轨面阵凝视红外相机成像电路系统。
技术介绍
近年来，面阵红外相机以其灵敏度高，无需光机扫描机构，体积小、重量轻等优点，被广泛应用在军事和民用遥感领域中。当面阵红外相机应用到地球同步轨道遥感卫星上时，由于地球同步轨道遥感卫星与地球同步、相对于地球静止，面阵红外相机可以对目标区域长期“凝视”，以分钟级，甚至以秒级间隔对目标区域进行高频率拍摄，获取目标区域动态变化过程数据，具有极高的时间分辨率。地球同步轨道面阵凝视红外相机虽然具有诸多优点，但其所在轨道为距离地球3.6万公里的地球同步轨道，轨道高度比低轨遥感相机所在的轨道高出近600倍，空间辐照环境也比低轨空间环境恶劣很多，大量的带电粒子和各种射线会损害和老化电子元器件，影响相机稳定工作。高轨面阵凝视红外成像电路系统是高轨面阵凝视红外相机的核心电路，其性能好坏直接影响相机的成像质量，其可靠性高低直接决定相机成像任务的成败，因此在设计高轨面阵凝视红外成像电路系统时，除了进行低噪声、高精度、低抖动的设计外，还需要提高电路系统的抗辐照能力。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种高轨面阵凝视红外相机成像电路系统，以高速、高可靠性和高抗辐照能力的实际需求。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种高轨面阵凝视红外相机成像电路系统，包括：偏置驱动模块、面阵红外探测器、信号处理模块、数据存储模块、锁定限流监控模块和高速时钟管理模块；所述偏置驱动模块，用于产生面阵红外探测器工作所需的多种偏置电压；以及，对信号处理模块输出的探测器时序信号进行驱动，得到与面阵红外探测器需求匹配的驱动时序信号；所述面阵红外探测器，用于在偏置驱动模块的驱动下将光信号转换为4路模拟电信号输出；所述信号处理模块，用于对面阵红外探测器输出的4路模拟电信号进行处理，得到1路高速串行图像数据，将所述1路高速串行图像数据传送给图像采集设备；所述数据存储模块，用于存储面阵红外探测器大规模的像元响应非均匀性校正系数；所述锁定限流监控模块，用于在单粒子锁定敏感器件发生单粒子锁定时切断其电源，保护锁定器件不被大电流烧毁；所述高速时钟管理模块，用于为提供高质量的时钟。在上述高轨面阵凝视红外相机成像电路系统中，所述偏置驱动模块，包括：偏置电压产生子模块和时序驱动子模块；所述偏置电压产生子模块，用于产生面阵红外探测器工作所需的多种偏置电压；所述时序驱动子模块，用于对对信号处理模块输出的探测器时序信号进行驱动得到与面阵探测器需求匹配的驱动时序信号。在上述高轨面阵凝视红外相机成像电路系统中，所述偏置电压产生子模块，用于根据驱动电流、噪声和容差要求，产生面阵红外探测器工作所需的多种偏置电压。在上述高轨面阵凝视红外相机成像电路系统中，所述偏置电压产生子模块，用于：当噪声和容差要求满足第一预设要求、且需要精确可调的光电二极管偏压时，根据低噪声、低温漂、高抗辐照能力的电压基准产生高精度的基准电压信号；通过分压电阻网络对所述准电压信号进行分压得到分压信号；将分压信号通过高共模抑制比、低噪声的运放进行驱动放大，得到偏置电压；其中，所述分压电阻网路由可调节电位器和精密电阻组成；所述可调节电位器，用于实时调整分压阻值，对基准电压信号进行分压得到最优光电二极管偏压；所述精密电阻，用于根据可调节电位器调整的阻值确定精密分压阻值得到所述偏置电压。在上述高轨面阵凝视红外相机成像电路系统中，所述偏置电压产生子模块，用于：当噪声和容差要求满足第二预设要求、且驱动电流大于等于100mA时，通过低噪声、高抗辐照能力的低压差线性稳压器产生大电流、低噪声电压信号，通过低通滤波电路产生所需供电电压。在上述高轨面阵凝视红外相机成像电路系统中，所述信号处理模块，包括：调理模块、14bits模数转换器、FPGA和高速串行数据传输电路；所述调理模块，用于对面阵红外探测器输出的4路模拟电信号进行调理，得到匹配14bits模数转换器输入接口的模拟信号；所述14bits模数转换器，用于对调理后的4路模拟信号进行模数转换，得到4路14bits数字数据；所述FPGA，用于对4路14bits数字数据进行过采样点选取、均值滤波、数据合路、像元响应非均匀性校正、盲元替换和数据编排，得到1路高速串行图像数据；所述高速串行数据传输电路，用于将所述1路高速串行图像数据传送给图像采集设备。在上述高轨面阵凝视红外相机成像电路系统中，所述高速时钟管理模块，包括：参考时钟、压控晶振、时钟同步去抖芯片和环路滤波器；所述参考时钟、压控晶振、时钟同步去抖芯片和环路滤波器构成锁相环电路；所述参考时钟，用于产生参考时钟信号；所述时钟同步去抖芯片，用于对压控晶振输出的时钟进行分频、鉴相、并根据鉴相结果产生控制电流；所述环路滤波器，用于将控制电流转换为低噪声控制电压信号；其中，所述低噪声控制电压信号用于控制压控晶振的输出频率；所述压控晶振，用于在所述低噪声控制电压信号控制下，输出时钟相位与参考时钟相位锁定，并去抖。在上述高轨面阵凝视红外相机成像电路系统中，所述时钟同步去抖芯片，包括：鉴相器、分频器和电荷泵；所述分频器，用于对压控晶振输出的时钟信号进行分频；所述鉴相器，用于对所述分频器分频的时钟信号和参考时钟信号进行相位比较，得到比较结果；所述电荷泵，用于根据所述鉴相器输出的相位比较结果，输出控制电流；所述分频器，还用于对锁定去抖后的压控晶振进行分频，输出4对50MHzLVPECL差分时钟为4路模数转换器提供转换时钟，输出两路100MHzLVCMOS单端时钟为FPGA及高速串行传输电路提供主时钟。在上述高轨面阵凝视红外相机成像电路系统中，所述锁定限流监控模块串联在单粒子锁定敏感器件的供电电源和器件之间，用于根据器件的正常工作电流设置阈值电流Ith，通过分流器Rshunt实时监控单粒子锁定敏感器件的工作电流Iw，当器件在轨发生单粒子锁定效应时，若器件的工作电流Iw大于设定的阈值电流Ith，切断器件的供电电源，器件的单粒子锁定效应解除；当满足预设时间间隔Td时，重新为单粒子锁定敏感器件供电，保护器件发生单粒子锁定效应时不被大电流烧毁。本专利技术具有以下优点：本专利技术公开了一种高轨面阵凝视红外相机成像电路系统，根据系统在轨空间环境恶劣、长寿命、长期加电的特点，在偏置驱动模块和信号处理模块中，采用高性能高抗辐照能力的器件，产生面阵红外探测器工作所需的偏置驱动电压和时序，对探测器输出的模拟信号进行调理得到1路高速串行图像数据。其中，在数据存储模块采用读写控制灵活且单粒子翻转免疫的磁存储器阵列存储面阵红外探测器大规模的非均匀性校正系数，有效防止单粒子翻转效应的发生；对系统中单粒子锁定敏感的器件，采用锁定限流控制技术，在器件发生单粒子锁定时切断其电源，保护锁定器件不被大电流烧毁，提高器件的抗单粒子锁定能力；高速时钟管理模块为各模块提供高质量的时钟。与传统的面阵凝视红外相机成像电路系统相比本专利技术具有高速、高可靠性、高抗辐照能力的特点。附图说明图1是本专利技术实施例中一种高轨面阵凝视红外相机成像电路系统的结构框图；图2是本专利技术实施例中一种偏置驱动模块的结构框图；图3是本专利技术实施例中一种偏置电压产生子模块的工作原理图；图4是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高轨面阵凝视红外相机成像电路系统，其特征在于，包括：偏置驱动模块、面阵红外探测器、信号处理模块、数据存储模块、锁定限流监控模块和高速时钟管理模块；所述偏置驱动模块，用于产生面阵红外探测器工作所需的多种偏置电压；以及，对信号处理模块输出的探测器时序信号进行驱动，得到与面阵红外探测器需求匹配的驱动时序信号；所述面阵红外探测器，用于在偏置驱动模块的驱动下将光信号转换为4路模拟电信号输出；所述信号处理模块，用于对面阵红外探测器输出的4路模拟电信号进行处理，得到1路高速串行图像数据，将所述1路高速串行图像数据传送给图像采集设备；所述数据存储模块，用于存储面阵红外探测器大规模的像元响应非均匀性校正系数；所述锁定限流监控模块，用于在单粒子锁定敏感器件发生单粒子锁定时切断其电源，保护锁定器件不被大电流烧毁；所述高速时钟管理模块，用于为提供高质量的时钟。

【技术特征摘要】
1.一种高轨面阵凝视红外相机成像电路系统，其特征在于，包括：偏置驱动模块、面阵红外探测器、信号处理模块、数据存储模块、锁定限流监控模块和高速时钟管理模块；所述偏置驱动模块，用于产生面阵红外探测器工作所需的多种偏置电压；以及，对信号处理模块输出的探测器时序信号进行驱动，得到与面阵红外探测器需求匹配的驱动时序信号；所述面阵红外探测器，用于在偏置驱动模块的驱动下将光信号转换为4路模拟电信号输出；所述信号处理模块，用于对面阵红外探测器输出的4路模拟电信号进行处理，得到1路高速串行图像数据，将所述1路高速串行图像数据传送给图像采集设备；所述数据存储模块，用于存储面阵红外探测器大规模的像元响应非均匀性校正系数；所述锁定限流监控模块，用于在单粒子锁定敏感器件发生单粒子锁定时切断其电源，保护锁定器件不被大电流烧毁；所述高速时钟管理模块，用于为提供高质量的时钟。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏置驱动模块，包括：偏置电压产生子模块和时序驱动子模块；所述偏置电压产生子模块，用于产生面阵红外探测器工作所需的多种偏置电压；所述时序驱动子模块，用于对信号处理模块输出的探测器时序信号进行驱动得到与面阵探测器需求匹配的驱动时序信号。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述偏置电压产生子模块，用于根据驱动电流、噪声和容差要求，产生面阵红外探测器工作所需的多种偏置电压。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述偏置电压产生子模块，用于：当噪声和容差要求满足第一预设要求、且需要精确可调的光电二极管偏压时，根据低噪声、低温漂、高抗辐照能力的电压基准产生高精度的基准电压信号；通过分压电阻网络对所述准电压信号进行分压得到分压信号；将分压信号通过高共模抑制比、低噪声的运放进行驱动放大，得到偏置电压；其中，所述分压电阻网路由可调节电位器和精密电阻组成；所述可调节电位器，用于实时调整分压阻值，对基准电压信号进行分压得到最优光电二极管偏压；所述精密电阻，用于根据可调节电位器调整的阻值确定精密分压阻值得到所述偏置电压。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述偏置电压产生子模块，用于：当噪声和容差要求满足第二预设要求、且驱动电流大于等于100mA时，通过低噪声、高抗辐照能力的低压差线性稳压器产生大电流、低噪声电压信号，通过低通滤波电路产生所需供电电压。6.根据权利要求1所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，刘涛，王衍，张旭，张守荣，张大鹏，黄竞，赵建伟，薄姝，蔡帅，李亮，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11