焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统，涉及基于焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统，解决现有面阵摆动成像将探测器焦面和视频处理都放置在摆动的光机结构上，存在的问题是摆动部分的转动惯量加大，力矩电机的电流加大，对周围的电磁辐射增强；视频处理部分功耗较大，在转动部件上进行热传导困难等问题，视频处理组件包括伺服控制单元、陀螺、伺服电机及编码器、三组视频处理单元及三组快速反射镜；焦面组件包括三组呈品字形分布安装的探测器焦面组，本发明仅焦面放置在转动部件上，可大大降低摆动部分的转动惯量，同时降低光机结构上的热耗；通过优化焦面和视频处理的连接设计，在保证信号传输质量的条件下减小对电机控制阻扰力矩。
1.焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统，其特征是：包括安装在转动部件上的焦面组件和安装在固定部件上的视频处理组件；所述焦面组件与视频处理组件通过连接器连接；
所述焦面组件包括三组呈品字形分布安装的探测器焦面组、陀螺、伺服电机及编码器以及三组快速反射镜；
伺服控制单元对伺服电机及三组快速反射镜进行控制，并使用陀螺进行伺服反馈；伺服控制单元同时与卫星平台接口连接，并对三组视频处理单元进行控制；
每组探测器焦面组包括探测器、供电及偏置电路、差分转单端时钟电路、信号反相器电路和预放电路；
每组视频处理单元包括成像控制器、模数转换器、驱动信号产生电路、时钟产生电路及外部通信与控制电路；
预放电路将探测器输出的模拟差分图像信号进行电平和功率调整后由模数转换器转换为数字图像数据后送入成像控制器；
成像控制器产生的时钟信号经时钟信号产生电路进行时钟分路传送至差分转单端时钟电路，所述差分转单端时钟电路将进行时钟分路后差分时钟转换为单端时钟后传送至探测器；
成像控制器产生探测器所需的控制信号，经驱动信号产生电路进行电平转换和信号隔离后输出单端控制信号至信号反相器电路，所述信号反相器电路将所述单端控制信号进行施密特整形后输出至探测器；
所述外部通信与控制电路用于进行外部的通信控制，将外部输入的信号进行转换后送入成像控制器，并将成像控制器输出的信号进行电平转换后输出至卫星平台。
2.根据权利要求1所述的焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统，其特征在于：视频处理单元的时钟产生电路输出到各探测器的时钟采用单组时钟经时钟分路器输出，单片探测器需要的时钟频率种类为n，m片探测器需要的个数为m×n，m×n个时钟由n个时钟分路器提供，单个时钟分路器输出频率相同的m个时钟信号。
3.根据权利要求1所述的焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统，其特征在于：驱动信号产生电路输出的各控制信号在输出时钟同步的条件下，采用独立管脚输出，输出相位可调整，控制器输出的控制信号个数为m×p，p为单片探测器所需的控制信号个数。
4.根据权利要求1所述的焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统，其特征在于：成像系统的摆扫操作的周期分为初始位置置位、加速、匀速摆动阶段，摆扫操作循环周期tperiod由对应的轨道高度H决定的前向像移速度、探测器的像元尺寸γ、及探测器沿轨分辨率(沿轨方向的像元个数)a、沿轨方向的重叠率koverlap_y决定；
G为万有引力常数，M为地球质量，R为平均地球半径，foptic为光学系统的焦距。
5.根据权利要求1所述的焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统，其特征在于：所述探测器的帧频fapply_frame由匀速摆动阶段的摆动的角速度vmirror、探测器垂轨方向的分辨率(垂轨方向的像元个数)b、光学系统的焦距foptic、垂轨方向的重叠率koverlap_v以及探测器的像元尺寸γ决定，用公式表示为：探测器曝光时间由轨道高度H决定的沿轨像移速度、允许的沿轨像移量lc、光学系统的焦距foptic、匀速摆动阶段的角速度vmirror及快速反射镜中的压电陶瓷的电容值C、最大行程Lpiezo_max及对应最大工作电压Vpiezo_max，快速反射镜的光学放大倍数koptic_amp，快反镜的允许的峰值功耗Ppiezo决定；用公式表示为：且
6.根据权利要求1所述的焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统，其特征在于：所述探测器选择的输出通道数nchannel由探测器的最大帧频fsensor_frame_max、最大像素时钟fsensor_pixclk_max、应用中需要的帧频fapply_frame及视频处理单元中的模数转换器最大时钟频率fADC_pixclk_max决定；用下式表示为：所述焦面组件与视频处理组件的连接器的最小管脚数nconnector由输入的时钟数nclock_in、低频单端控制信号数ncontrol_sig_in、输出的视频信号通道数nchannel及输入的电源种类数npower_in决定；用下式表示为：nconnector≥3nclock_in+ncontrol_sig_in+3nchannel+2npower_in。
焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统，具体涉及航天应用的焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统。
背景技术
[0002] 面阵摆扫成像可突破探测器成像幅宽的限制，节约探测器数量。为减小干扰，提高信号完整性，面阵摆动成像通常将探测器焦面和视频处理都放置在摆动的光机结构上。存在的问题是摆动部分的转动惯量加大，力矩电机的电流加大，对周围的电磁辐射增强；视频处理部分功耗较大，不进行散热措施易引起光机结构的热变形，在转动部件上进行热传导困难。
发明内容
[0003] 本发明为解决现有面阵摆动成像将探测器焦面和视频处理都放置在摆动的光机结构上，存在的问题是摆动部分的转动惯量加大，力矩电机的电流加大，对周围的电磁辐射增强；视频处理部分功耗较大，在转动部件上进行热传导困难等问题，提供一种焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统。
[0004] 焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统，包括安装在转动部件上的焦面组件和安装在固定部件上的视频处理组件；所述焦面组件与视频处理组件通过连接器连接；视频处理组件包括伺服控制单元和三组视频处理单元；
[0005] 所述焦面组件包括三组呈品字形分布安装的探测器焦面组、陀螺、伺服电机及编码器以及三组快速反射镜；
[0006] 伺服控制单元对伺服电机及三组快速反射镜进行控制，并使用陀螺进行伺服反馈；伺服控制单元同时与卫星平台接口连接，并对三组视频处理单元进行控制；
[0007] 每组视频处理单元包括成像控制器、模数转换器、驱动信号产生电路、时钟产生电路及外部通信与控制电路；
[0008] 所述供电及偏置电路为探测器提供供电与偏置；
[0009] 预放电路将探测器输出的模拟差分图像信号进行电平和功率调整后由模数转换器转换为数字图像数据后送入成像控制器；
[0010] 成像控制器产生的时钟信号经时钟信号产生电路进行时钟分路传送至差分转单端时钟电路，所述差分转单端时钟电路将进行时钟分路后差分时钟转换为单端时钟后传送至探测器；
[0011] 成像控制器产生探测器所需的控制信号，经驱动信号产生电路进行电平转换和信号隔离后输出单端控制信号至信号反相器电路，所述信号反相器电路将所述单端控制信号进行施密特整形后输出至探测器；
[0012] 所述外部通信与控制电路用于进行外部的通信控制，将外部输入的信号进行转换后送入成像控制器，并将成像控制器输出的信号进行电平转换后输出至卫星平台。
[0013] 本发明的有益效果：
[0014] 一、本发明所述的摆扫成像系统降低了转动部分的转动惯量，可降低力矩电机的功耗，同时减少了力矩电机对成像及控制部分的电磁干扰；
[0015] 二、本发明所述的摆扫成像系统减少了光机结构上的热耗，降低了热导致的光机热变形。
附图说明
[0016] 图1为本发明所述的焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统原理框图；
[0017] 图2本发明所述的焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统中探测器焦面组和视频处理单元的原理图。
[0018] 图3为本发明所述的焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统中探测器焦面组和视频处理单元的分布原理图；
[0019] 图4为本发明所述的焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统中视频处理部分的时钟及控制信号输出形式示意图。
具体实施方式
[0020] 具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式，焦面与视频处理分离的面阵摆扫成像系统，包括安装在转动部件上的焦面组件和安装在固定部件上的视频处理组件；所述焦面组件与视频处理组件通过刚挠带或阻抗管控的电缆并经过连接器连接；视频处理组件包括伺服控制单元和三组视频处理单元；
[0021] 所述焦面组件包括三组呈品字形分布安装的探测器焦面组、陀螺、伺服电机及编码器以及三组快速反射镜；伺服控制单元对伺服电机及三组快速反射镜进行控制，并使用陀螺进行伺服反馈；伺服控制单元同时与卫星平台接口连接，并对三组视频处理单元进行控制；每组视频处理单元包括成像控制器、模数转换器、驱动信号产生电路、时钟产生电路及外部通信与控制电路；
[0022] 所述供电及偏置电路为探测器提供供电与偏置；预放电路将探测器输出的模拟差分图像信号进行电平和功率调整后由模数转换器转换为数字图像数据后送入成像控制器；成像控制器产生的时钟信号经时钟信号产生电路进行时钟分路传送至差分转单端时钟电路，所述差分转单端时钟电路将进行时钟分路后差分时钟转换为单端时钟后传送至探测器；
[0023] 成像控制器产生探测器所需的控制信号，经驱动信号产生电路进行电平转换和信号隔离后输出单端控制信号至信号反相器电路，所述信号反相器电路将所述单端控制信号进行施密特整形后输出至探测器；
[0024] 所述外部通信与控制电路用于进行外部的通信控制，将外部输入的信号进行转换后送入成像控制器，并将成像控制器输出的信号进行电平转换后输出至卫星平台。
[0025] 本实施方式中，视频处理单元的时钟产生电路输出到各探测器的时钟采用单组时钟经时钟分路器输出，单片探测器需要的时钟频率种类为n，m片探测器需要的个数为m×n，m×n个时钟由n个时钟分路器提供，单个时钟分路器输出频率相同的m个时钟信号。而各控制信号在保证与输出时钟确定相位的条件下，采用独立管脚输出，输出相位可调整，即控制器输出的控制信号个数为m×p。p为单片探测器所需的控制信号个数。
[0026] 本实施方式中，成像系统摆扫操作的周期分为初始位置置位、加速、匀速摆动阶段，摆扫操作循环周期时间由对应的轨道高度H决定的前向像移速度、探测器的像元尺寸γ、及探测器沿轨分辨率a、沿轨方向的重叠率koverlap_y决定。
[0027]
[0028] 本实施方式中，所述探测器的帧频fapply_frame由匀速摆动阶段的摆动的角速度vmirror、探测器垂轨方向的分辨率b、光学系统的焦距foptic、垂轨方向的重叠率koverlap、探测器的像元尺寸γ决定，最大曝光时间由轨道高度H决定的沿轨像移速度、允许的沿轨像移量lc、光学系统的焦距foptic、匀速摆动阶段的角速度vmirror及压电陶瓷快反镜的电容值C、最大行程Lpiezo_max及对应最大工作电压Vpiezo_max，快反的光学放大倍数koptic_amp，快反镜的允许的峰值功耗Ppiezo决定。
[0029]
[0030]
[0031] 且
[0032]
[0033] G——万有引力常数；
[0034] M——地球质量；
[0035] R——平均地球半径；
[0036] H——卫星平均离地高度
[0037] 本实施方式为减少探测器焦面组件与视频处理组件的连接信号，同时保证信号传输质量，探测器的输入时钟采用差分形式，输入的低频控制信号采用单端形式，输出的模拟视频信号采用差分形式输出。探测器选择的输出通道数nchannel由探测器的最大帧频fsensor_frame_max、最大像素时钟fsensor_pixclk_max、应用中需要的帧频fapply_frame及视频处理部分的模数转换器最大时钟频率fADC_pixclk_max决定。
[0038]
[0039] 本实施方式中探测器焦面组件和视频处理组件的连接器的最小管脚数nconnector由输入的时钟数nclock_in、低频单端控制信号数ncontrol_sig_in、输出的视频信号通道数nchannel及输入的电源种类数npower_in决定。
[0040] nconnector≥3nclock_in+ncontrol_sig_in+3nchannel+2npower_in
[0041] 本实施方式所述的焦面组件中的探测器采用xenics公司的面阵红外传感器；视频处理组件选用采用Xilinx公司的FPGA 6vlx550tff1760；焦面组件和视频处理组件采用贵航公司的HJ30J连接器及电缆组件。
