空间相机TDICCD双向推扫成像电路

技术领域

本发明涉及空间光学成像技术领域，特别涉及一种空间相机TDICCD双向推扫成像电路。

背景技术

传统的空间光学相机通常会沿着轨道飞行方向进行推扫成像。为了提高卫星的观测效率，除了星下点和侧视成像观测外，还需要空间光学相机能够进行敏捷机动成像，实现沿飞行方向的反方向进行推扫成像，从而实现同一轨道的多条带双向推扫快速成像，这将大幅提高卫星的观测效率。为了实现双向推扫成像，可以在空间光学相机中增加额外的镜片、镜片运动机构和控制系统，如申请号为201510134645.9的发明专利。然而，这种方案的缺点有两个，一个缺点是额外增加了空间光学相机的重量，导致卫星的姿态机动能力变差，同时也会增加发射成本；另一个缺点是运动机构存在机构卡死或失灵等潜在的风险，对于可靠性要求高的空间应用，适用性相对较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间相机TDICCD双向推扫成像电路，通过改变TDICCD的电荷转移方式进行双向推扫成像的切换，不存在机构的切换运动，具有切换快速的特点。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的空间相机TDICCD双向推扫成像电路，包括用于根据推扫方向信号选择推扫方向驱动时序保证TDICCD电荷转移方向与推扫方向一致的数据选择器，空间相机TDICCD双向推扫成像电路还包括视频切换电路，视频切换电路包括两条相同的控制支路，两条控制支路根据推扫方向信号改变自身的电平状态实现对两个方向的TDICCD视频信号的切换。

优选地，每条控制支路分别包括比较器、反相器、电容和电阻，比较器两个输入端分别接入推扫方向信号和参考电压，比较器的输出端与反相器的输入端耦接，电阻与电容的一端分别与比较器的输出端耦接，电容的另一端接地，电阻的另一端接入供电电压；以及，通过对电容的充放电，使比较器从输出高电平切换到输出低电平的速度快于从输出低电平切换到输出高电平的速度，以保证两条控制支路同时输出低电平为互斥事件。

优选地，每条控制支路还包括与反相器的输出端耦接的放大器，当放大器输出高电平时，工作在饱和输出状态。

优选地，当推扫方向信号的电压高于参考电压时，比较器输出高电平，经过反相器后输出低电平；当推扫方向信号的电压低于参考电压时，比较器输出低电平时，经过反相器后输出高电平。

优选地，空间相机TDICCD双向推扫成像电路还包括用于将数据选择器选择的推扫方向驱动时序加载到TDICCD上的功率驱动电路。

优选地，空间相机TDICCD双向推扫成像电路还包括视频处理电路，用于对TDICCD视频信号进行相关双采样并进行模数转换。

优选地，空间相机TDICCD双向推扫成像电路进一步包括数字图像预处理电路，用于对数字图像进行排序和均匀性校正。

本发明能够取得以下技术效果：

1、本发明通过数据选择器改变TDICCD的电荷转移方式实现双向推扫成像的切换，无需增加镜片、镜片运动机构和控制系统，不会额外增大空间光学相机的重量及发射成本，不存在镜片的切换运动，实现双向推扫成像的快速切换。

2、视频切换电路能够避免出现全为低电平的非法状态，不会对TDICCD造成损坏，保证电路的安全性。

3、设计放大器输出高电平时，工作在饱和输出状态，当放大器从高电平向低电平切换时，需要一定的时间脱离饱和区，从而保证两条控制支路输出的高电平具有交叠时间。

4、推扫方向信号为一路信号，有效避免由于单粒子翻转出现非预期的状态。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的空间相机TDICCD双向推扫成像电路的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的视频切换电路的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的TDICCD视频信号的波形示意图；

图4是根据本发明一个实施例的TDICCD视频信号保证高电平具有交叠时间的波形示意图。

其中的附图标记包括：数据选择器1、功率驱动电路2、视频切换电路3、第一比较器301、第二比较器302、第一上拉电阻303、第二上拉电阻304、第一电容305、第二电容306、第一反相器307、第二反相器308、第一放大器309、第二放大器310、视频处理电路4、数据图像预处理电路5、TDICCD6、推扫方向信号7、前向推扫驱动时序8、反向推扫驱动时序9。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明一个实施例的空间相机TDICCD双向推扫成像电路的结构。

如图1所示，本发明实施例提供的空间相机TDICCD双向推扫成像电路，包括：数据选择器1、功率驱动电路2、视频切换电路3、视频处理电路4和数据图像预处理电路5。

空间光学相机内部的FPGA同时产生推扫方向信号7和推扫方向驱动时序，推扫方向信号7用于控制空间光学相机成像的推扫方向，而推扫方向驱动时序用于在切换推扫方向时，控制TDICCD6内部的电荷转移方向，使其与推扫方向保持一致。

按照不同的推扫方向，推扫方向驱动时序分为前向推扫驱动时序8和反向推扫驱动时序9，数据选择器1接收到推扫方向信号7后，对前向推扫驱动时序8和反向推扫驱动时序9进行选择并通过功率驱动电路2加载到TDICCD6上，控制TDICCD6内部的电荷转移方向与推扫方向保持一致。

数据选择器1与功率驱动电路2均为现有技术，故两者的具体结构在本发明中不在赘述。

根据推扫方向的不同，TDICCD输出的视频分为前向推扫视频和反向推扫视频。TDICCD输出前向推扫视频还是反向推扫视频由视频切换电路3输出的TDICCD视频信号进行控制，TDICCD视频信号分为前向推扫TDICCD视频信号和反向推扫TDICCD视频信号。当视频切换电路3输出前向推扫TDICCD视频信号时，TDICCD根据前向推扫TDICCD视频信号输出前向推扫视频；当视频切换电路3输出反向推扫TDICCD视频信号时，TDICCD根据反向推扫TDICCD视频信号输出反向推扫视频。通过视频切换电路3切换不同方向的TDICCD视频信号，使TDICCD6输出的视频与推扫方向保持一致。

视频处理电路4用于对TDICCD视频信号进行相关双采样，并进行模拟数字转换。数字图像预处理电路5用于对数字图像进行排序和均匀性校正，同时根据推扫方向的不同进行对应的数据处理。视频处理电路4与数字图像预处理电路5均为现有技术，故两者的具体结构在本发明中不在赘述。

例如：FPGA产生的推扫方向信号7为前向推扫信号，则前向推扫信号同时输出到数据选择器1和视频切换电路3，数据选择器1根据前向推扫信号选择前向推扫驱动时序8加载到TDICCD6上，使得TDICCD6内部的电荷转移方式与前向推扫方向保持一致，而视频切换电路3根据前向推扫信号输出前向推扫TDICCD视频信号，控制TDICCD6输出前向推扫的视频。

由于空间环境中存在单粒子翻转效应，所以为了避免由于单粒子翻转出现非预期的状态，控制视频切换电路3的推扫方向信号7只采用一路而非两路，这样有效避免了单粒子翻转的问题。

视频切换电路3包括两条相同的控制支路，两条控制支路根据推扫方向信号改变自身的电平状态实现对两个方向的TDICCD视频信号的切换。更为具体地，两条控制支路分别输出MUXF信号和MUXR信号，根据MUXF信号和MUXR信号的电平状态控制视频切换电路3实现对前向推扫TDICCD视频信号和反向推扫TDICCD视频信号之间的切换。

当MUXF＝1，MUXR＝0时，视频切换电路3切换为输出前向推扫TDICCD视频信号。当MUXF＝0，MUXR＝1时，视频切换电路3切换为输出反向推扫TDICCD视频信号。当MUXF＝1，MUXR＝1时，为信号切换过程中的过渡状态。当MUXF＝0，MUXR＝0时，为非法状态，该状态会损坏TDICCD6，必须要避免出现该非法状态出现。

为此，本发明设计的视频切换电路3在任意情况下，都不能产生MUXF＝0，MUXR＝0的状态，即对两条控制支路同时输出低电平要互斥。

图2是根据本发明一个实施例的视频切换电路的结构。

如图2所示，第一条控制支路包括第一比较器301、第一上拉电阻303、第一电容305、第一反相器307和第一放大器309，第一比较器301的一个输入端接入推扫方向信号7，第一比较器301的另一个输入端接入参考电压Vr，第一比较器301的输出端与第一反相器307的输入端耦接，第一反相器307的输出端与第一放大器309的输入端耦接，第一上拉电阻303的一端与第一比较器301的输出端耦接，第一上拉电阻303的另一端接入供电电压，第一电容305的一端与第一比较器301的输出端耦接，第一电容305的另一端接地。

当推扫方向信号7的电压高于参考电压Vr时，第一比较器301输出的MUXF信号为高电平，经第一反相器307后变为低电平，再经第一放大器309放大后进行输出；此时，第一条控制支路输出的MUXF信号为低电平，即MUXF＝0。

当推扫方向信号7的电压低于参考电压Vr时，第一比较器301输出低电平，经过第一反相器307后变为高电平，经第一放大器309放大后进行输出；此时，第一条控制支路输出的MUXF信号为高电平，即MUXF＝1。

第二条控制支路包括第二比较器302、第二上拉电阻304、第二电容306、第二反相器308和第二放大器310，第二比较器302的一个输入端接入推扫方向信号7，第二比较器302的另一个输入端接入参考电压Vr，第二比较器302的输出端与第二反相器308的输入端耦接，第二反相器308的输出端与第二放大器310的输入端耦接，第二上拉电阻304的一端与第二比较器302的输出端耦接，第二上拉电阻304的另一端接入供电电压，第二电容306的一端与第二比较器302的输出端耦接，第二电容306的另一端接地。

当推扫方向信号7的电压高于参考电压Vr时，第二比较器302输出的MUXR信号为高电平，经第二反相器308后变为低电平，再经第二放大器310放大后进行输出；此时，第二条控制支路输出的MUXR信号为低电平，即MUXR＝0。

当推扫方向信号7的电压低于参考电压Vr时，第二比较器302输出低电平，经过第二反相器308后变为高电平，经第二放大器310放大后进行输出；此时，第二条控制支路输出的MUXR信号为高电平，即MUXR＝1。

当第一比较器301输出低电平时，由于内阻较低，能够较为快速地将第一电容305的电荷释放掉，从而使第一比较器301从输出高电压快速地切换到输出低电平。而当第一比较器301输出高电平时，需要第一上拉电阻303对第一电容305进行充电，从而使第一比较器301从输出低电压切换到输出高电平需要较长的时间。同理，第二比较器302也能够快速地从输出高电压切换到输出低电平，以及延长从输出低电压切换到输出高电平的时间。

由于第一比较器301和第二比较器302从输出高电平切换到输出低电平更加快速，从输出低电压切换到输出高电平更为缓慢，可以使第一比较器301输出的MUXF信号与第二比较器302输出的MUXR信号保持共同的低电平，经第一反相器307与第二反相器308后，MUXF信号与MUXR信号保持共同的高电平，即MUXF＝1，MUXR＝1，也就是说，MUXF信号和MUXR信号在电平切换过程中都可以保持为高电平1的过渡状态。

另外，由于MUXF信号与MUXR信号较长时间维持在高电平状态，较短时间处于低电平状态，能够使MUXF信号与MUXR信号同时为低电平状态成为互斥事件，避免出现非法状态，对TDICCD6造成损坏。

图3示出了根据本发明一个实施例的TDICCD视频信号的波形。

如图3所示，从图3中可以看出，MUXF信号与MUXR信号不会同时为低电平，即不会出现MUXF＝0，MUXR＝0的非法状态。

图4示出了根据本发明一个实施例的TDICCD视频信号保证高电平具有交叠时间的波形。

如图4所示，为了进一步避免在电平切换过程中出现左图的情况，即避免出现MUXF信号与MUXR信号高电平重叠时间不够的情况，本发明设计第一放大器309和第二放大器310输出高电平时工作在饱和输出状态，当第一比较器301与第二比较器302从输出低电平切换到输出高电平时，饱和的高电平还未退出高电平状态，需要一定的时间脱离饱和区，从而进一步加长MUXF信号与MUXR信号的高电平重叠时间。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“另一个示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。