1 光学辐射重点实验室, 北京 100854
2 北京机电工程研究所, 北京 100074
3 北京空间信息中继传输技术研究中心, 北京 100094
为了提高传统分时旋型红外偏振成像的速度,设计了适用于中波红外热像仪的检偏器组件,将红外热像仪改装成中波红外偏振成像装置,用于获取目标场景的红外偏振信息。该装置通过电机以900 r/min速度匀速驱动红外偏振片旋转,采集不同偏振方向的红外强度图像。利用单像元非均匀性差分图像校正方法对红外图像中的冷反射进行扣除,利用迭代排序方式对校正后的红外强度图像进行处理,结合构建的斯托克斯矢量模型,计算连续相邻的三幅红外强度图像的红外偏振度和偏振角,保证与红外强度图像有相同的成像帧频。实验结果表明,该装置能够稳定输出待测目标的红外偏振度和偏振角图像,输出红外偏振图像的帧频为45 frame/s,满足对变化场景实时红外偏振探测的需求。
成像系统 红外偏振成像 旋转偏振片 冷反射 迭代排序方法 光学学报
2020, 40(15): 1511001
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230027
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
遥感设备需要配备高精度的本地时钟源与卫星平台时钟同步,数字锁相环设计是时钟同步和倍频的关键技术,而长周期输入信号和大倍频系数从两方面增加了设计难度。 设计了一种针对秒脉冲同步和10000倍倍频条件下的数字锁相环,通过建立Z 域模型和S域近似分析了其响应特性,用现场可编程门阵列予以实现。实验表明,本设计实现的数字锁相环最短可以在5个输入时钟 周期内进入锁定状态,稳定工作时每秒累积误差小于0.1 ms,在实际应用中可以稳定输出本地时钟,满足遥感设备时钟同步和倍频的需求。
遥感 数字锁相环 倍频 反馈控制 remote sensing digital phase-locked loop frequency multiplication feedback control field programmable gate array FPGA
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
噪声对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪信噪比具有重大影响, 其是衡量光谱仪成像质量和痕量气体反演能力的标准。 为量化并去除光谱仪系统噪声从而提高信噪比, 分析了光谱仪噪声来源并给出了相应噪声模型, 在此基础上建立了光谱仪信噪比模型。 研究了入射光强度、 积分时间和系统增益对系统信噪比的影响。 通过光谱仪辐射定标试验数据对不同工作模式和不同参数与信噪比的关系进行了对比验证。 并提出主要系统噪声的处理方法: 利用线性拟合取截距法确定系统偏置噪声; 在地面利用暗电流温度相关性获得温度修正因子实现载荷在轨暗电流校正; 在探测器响应线性范围内利用两点校正法对PRNU噪声进行修正。 结果表明: 全幅成像模式下, 可见1通道电子学偏置噪声响应DN值2 625, 可见2通道电子学偏置噪声响应DN值2 763; 暗电流噪声在CCD成像面温度高于0 ℃时占主要部分, 温度下降至-20 ℃时其余噪声起主导作用, 验证了CCD最佳制冷温度; 光谱仪信噪比随着入射光响应和积分时间的增加而增大, 系统增益不会影响信噪比; PRNU噪声通过校正得到明显改善, 由3.32%下降到0.47%, 提高了光谱仪成像质量。 该噪声分析和处理方法对后期光谱数据的痕量气体反演提供帮助。
暗电流噪声 成像光谱仪 信噪比 CCD CCD Dark current noise Imaging spectrometer PRNU PRNU SNR 光谱学与光谱分析
2018, 38(9): 2976
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
设计了一套基于USB2.0接口的便携式地面检测台,包括上位机软件和一台USB通讯适配器,用以 模拟卫星平台与星载光谱仪的数据通信。上位机软件提供人机交互界面,适配器完成了星载光谱仪低压 差分信号(LVDS)接口数传数据和数管数据对USB接口的通讯转换。 实验结果表明：所设计平台可以把光谱仪的LVDS图像数据转换为USB接口数据,并模拟卫星平台数据, 可用于对光谱仪进行调试、测试。通讯适配器USB2.0接口的实测速率可达230 Mbps, 可将其作为一个模块用于商用光谱仪的通讯接口。
光电子学 地面检测台 通用串行接口 低压差分信号 星载光谱仪 optoelectronics ground test platform universal serial interface low voltage differential signal satellite-bone spectrometer
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
机载紫外DOAS成像光谱仪通过获取大气与地表的折射或散射的紫外光辐射, 监测大气痕量气体的分布与变化, 其电子学部件的重要组成部分为CCD成像电路。采用帧转移型面阵CCD-47-20为图像传感器, 以现场可编辑门阵列(FPGA)为核心控制器的成像电路模块, 设计并实现了一套完整的机载紫外光谱仪成像系统。CCD成像电路完成包括CCD驱动时序电路、CCD数据采集电路, 接收CCD模拟图像信号产生数字图像信号, 将数字图像信号通过差分芯片驱动以低压差分信号(LVDS)传输给机载通讯系统等功能。讨论了机载紫外成像光谱仪的设计过程, 并重点讨论了CCD成像电路的设计过程。设计的机载紫外DOAS成像光谱仪系统成像分辨率为0.286°。实验证明满足大气污染气体的观测需求。
成像光谱仪 帧转移面阵CCD 成像电路 imaging spectrometer frame transfer area array CCD imaging circuit 红外与激光工程
2017, 46(5): 0538002
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
随着航天遥感载荷的日益复杂,CCD成像电路中相关双采样芯片(CDS)和通用A/D芯片构成的 模数转换电路已不能满足要求。提出了基于集成相关双采样电路和A/D电路的单芯片(AD9814)CCD模 数转换电路方案,用于星载光谱仪设备。介绍了该方案的芯片选择、软硬件设计和实验电路构建,并 进行了相关实验,结果表明此光学系统的信噪比优于12 bit, AD9814的抗辐照指标为15 krad, 所提出方案可用于航天工程。
图像处理 相关双采样 成像光谱仪 航天器件 imaging processing correlated double-sampling imaging spectrometer space devices
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了扩展激光雷达的测量动态范围，设计了一种基于模拟与光子计数融合方法的信号采集系统。采用多级放大技术设计了用于模拟与光子计数融合方法的双通道前置放大器，并与通用数据采集卡和光子计数卡组成信号采集系统。利用激光雷达信号模拟源搭建了测试系统；通过测量坪特性和脉冲高度分布确定光电倍增管(PMT)的工作高压和鉴别电平；测试了模拟通道和光子计数通道的性能以及两个通道的可拼接性。实验结果表明，设计的信号采集系统性能优于LICEL 公司的瞬态记录仪TR20-160；两个通道的信号具有较好的拼接性，通过两个信号的拼接提高了激光雷达信号采集系统的动态范围。
测量 激光雷达 信号采集系统 模拟与光子计数融合
