中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了降低探测器的噪声与暗电流，使光谱仪的CMOS探测器能获得更准确的光谱曲线，设计了探测器温度控制系统。本系统核心采用基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的增量式比例-积分-微分（PID）控制算法。在传统控制算法的基础上，增加了抗积分饱和控制，并且在PID算法的前端增加了对目标值的过渡过程。该系统在实现探测器温度变化速率可控的同时，也解决了超调过大的问题。多次整机环境实验结果表明：在轨环境温度条件下，40 °C温差范围内该系统可以控制探测器以指定温变速率（4.5±0.05） °C/min达到任意温度；并且可在该温度下稳定工作；温度变化范围为±0.1 °C。相比于传统模拟PID控制方法，其具有灵活度高，稳定性强等优点。当制冷到−10 °C时，探测器的噪声得到了有效抑制。
增量式PID算法 抗积分饱和 输入过渡过程 噪声 incremental PID anti-integral saturation input transition process noise
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为提高大气臭氧观测中的临边大气反演精度, 克服臭氧探测仪在轨热变形和卫星姿态误差对临边指向精度的影响, 建立了在轨视轴临边指向的精度补偿方法。通过分析低星等恒星的能量和观测时机, 设计合适的恒星观测窗口和积分时间; 采用平板玻璃获取星点像的弥散斑, 用阈值距心法计算恒星像在像面上的位置; 然后根据卫星轨道和探测仪的几何结构, 设计临边指向精度的在轨补偿方法并分析了补偿后的临边指向精度。地面对星观测实验的结果表明: 采用恒星定位补偿法, 可使星点像的定位误差小于1.83″, 当前视轴的指向误差控制在±3.08″以内; 在编码器的位置重复精度为±2.47″的条件下, 使临边观测光轴位置上的扫描镜定位误差控制在±3.95″以内, 臭氧探测仪临边指向精度达到±7.9″以上,完全满足反演所需的指向精度优于±12.4″的要求。
大气观测 痕量气体 指向误差 在轨补偿 恒星定位 atmospheric observation trace gas pointing error on-orbit correction star location
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
基于长光辰芯公司的背照式CMOS探测器GSENSE400和Xilinx公司的Virtex-4 FPGA，设计了紫外遥感仪器高速CMOS成像电子学系统，包括探测器驱动电路、低噪声偏置电源电路及时序控制单元等。在接收高速图像数据时，针对传统的通道训练方法只考虑了线路上的随机性抖动而没有考虑固定性抖动的问题，提出了一种新的训练策略，增加了对采样数据正确性的判断，提高了对数据眼图有效窗口识别的准确度。为了克服在随后的图像数据传输过程中由于温度变化和电压漂移引起的采样点的再次偏移，提出了一种实时窗口监视算法，在不影响数据正常传输的情况下，利用监视通道实时监测采样点与有效窗口左右边界的距离，根据需要及时重新调整线路延时，使采样点始终位于比有效窗口更小的一个安全采样窗口内，由此保证了图像数据长时间接收的高可靠性。设计的高速CMOS成像电子学系统工作稳定，输出图像数据率最高可达2.4 Gb/s，读出噪声为1.72e-，动态范围94 dB，满足载荷的任务需求。
紫外遥感仪器 CMOS成像电子学 驱动电路 数据眼图 实时窗口监视 ultraviolet remote sensing instrument CMOS spectral imaging system driver circuit data eye real-time window monitor
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
提出一种用于紫外临边成像光谱仪模数分离成像电路的系统设计方案, 该方案避免了CCD模拟输出信号的板间传输和数字信号对模拟信号的干扰, 使CCD信号处理电路的噪声水平达到了模拟前端数据手册中给出的2 LSB的性能指标。考虑CCD57-10 BI AIMO没有抗溢出结构, 在饱和之前会发生电荷溢出现象, 提出了临界溢出电子数的概念以取代饱和电子数, 并通过增加转移时钟电压以加深势阱深度的方法, 将临界溢出电子数从3.0×104提高到了6.0×104, 保证了探测器可正确探测设计范围内的强光信号。为了实现更短的曝光时间以增加动态范围, 在时序设计中引入了多次电荷倾倒的思想, 在不降低探测器动态范围的前提下, 将最短曝光时间由163 ms降低到了19 ms, 实现了105系统动态范围的设计指标。
紫外临边成像光谱仪 CCD电路 模数分离 功率驱动 动态范围 曝光时间 ultrauiolet limb imaging spectrometer CCD circuit analog-digital separation power driving dynamic range exposure time
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
提出了直接和间接等价关系等概念,指出处理等价标号数组的目的就是为了找到足够多的间接等价关系,直至可以为每个标号找出其最小的等价标号。详细论述了有用和无用间接等价关系的区别,最后给出的快速处理算法较传统方法极大地减少了扫描次数和处理时间。
连通区域 区域标记 等价标号 间接等价关系 特征提取 connected component labeling equivalent label indirect equivalence relation characteristics extracting
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
3 中国科学院 长春应用化学研究所 国家电化学光谱分析研究中心,吉林 长春 130022
设计了一种基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的固相时间分辨荧光免疫分析仪的高速数据采集系统。采用将荧光寿命(从几百纳秒到十几个毫秒)分成13个区间,在不同的区间选用不同的采样频率的方法解决了采用统一采样频率不能满足精度要求的问题。使用VHDL硬件描述语言设计了CPLD内部逻辑电路,实现了采样时间、延迟时间、采样频率在线设置,具有操作方便,实时性能好等优点。实验结果表明:该系统具有荧光寿命测量和时间分辨荧光谱测量两个功能,采样个数可在1~8 192内任意设置,延迟时间可在1~65 535 μs内调节,分辨率为1 μs,能够很好地适应大范围荧光寿命的精细检测。
荧光寿命 时间分辨荧光光谱 复杂可编程逻辑器件 数据采集 fluorescence lifetime Time Resolved Fluorescence Spectra(TRSFS) Complicated Programmable Logic Device(CPLD) data acquisition
介绍和分析了在当前成像跟踪系统中常用的几种点目标滤波检测算法。为了满足图像处理实时性要求，设计了一套针对图像滤波算法的FPGA硬件实现结构。该结构具有FPGA高速并行计算能力，能在信号读出的过程中实时地完成多种滤波处理。成像实验证明该方案切实可行，具有良好的实时滤波效果。
点目标 背景估计 高通滤波 Robinson滤波 形态滤波 point target background estimation high pass filter Robinson filter morphological filter
