天文观测CCD相机系统研究省级论文发表网站

　　摘要：安全防范系统中，图像的生成当前主要是来自CCD相机，CCD是电荷耦合器件(chargecoupleddevice)的简称，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之电荷取出使电压发生变化。文章发表在《科学学研究》上，是天文论文发表范文，供同行参考。

　　关键词：CCD,CPLD,相关双采样,控制系统,串口通信

　　电荷耦合器件是理想的CCD相机元件，以其构成的CCD相机具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和撞击之特性而被广泛应用。详细介绍紫金山天文台红外实验室开发的CCD相机系统的软硬件设计。根据柯达CCD芯片KAF-0401LE的时序要求，用复杂可编程逻辑器件(CPLD)实现了CCD的时序;采用相关双采样技术降低探测信号噪声;用89C51作下位机控制，通过RS232与上位计算机通信;系统控制软件采用Visual C++编写。

　　引言

　　国内各天文台望远镜终端都是从外围引起的成套设备，使用和维护很不方便，并且价格昂贵，因此国内迫切需要发展自己的CCD技术。紫金山天文台红外实验室对这一课题进行了深入研究，广泛调研，认真选取，从芯片开始一直到系统的软硬件设计，搭建了自己的CDD相机系统。

　　1 系统设计

　　CCD芯片决定相机系统的性能，为此我们广泛调研，最后选定柯达公司的KAF-0401LE芯片。它动态范围大(70dB)，电荷转移效率高(0.999 99)，波长响应范围宽(0.4μm～1.0μm)，低暗电流(在25℃条件下，7pA/cm2)，量子效率为35%，并且具有抗饱和性，能够满足科学观测的要求，既可用于光谱分析，又可用于成像观测。

　　系统设计的重点是解决CCD芯片的驱动和系统噪声的问题。我们的设计如下：采用柯达公司的KAF-0401LE芯片作为探测器，Ateml公司的带闪存Flash的89C51作下位机控制器，复杂可编程逻辑作(CPLD)作时序发生和地址译码，采用相关双采样技术降低噪声，自带采样保持的12位A/D转换顺AD1674进行模数转换，扩展8片128Kbit(628128)的RAM作1为帧图像暂存空间，通过RS232与计算机串口通信，接受计算机的控制。整个系统由图1所示几个功能部件组成。

　　1.1 时序信号发生电路

　　KAF-0401LE芯片的时序要求：积分期间φV1、φV2保持低电平;行转移期间φH1保持高电平，φH2保持低电平。每行开始φV1的第2个脉冲下降沿后，要有1个行转移建立时间tφHs，读完行后需延迟1个像素时间te才开始下一行φV1脉冲;同样，φV1第2分脉冲下降沿后，开始下一行转移，如此直到读完1帧。

　　1.2 双采取、模拟放大电路及A/D变换电路

　　我们采用能够满足高频要求的放大器LF356N设计双采样和模拟放大电路。根据CCD的动态范围选用自带采样保持的12位A/D变换器AD1674作模数转换。

　　RSL是CCD复位电平，光信号相当于SGL与RSL的差值，理论上只要分别在RSL和SGL处各采样一次，然后相减便得到信号的值。然而，实际上RSL和SGL并不是理想的水平线，而是存在着低频起伏噪声。为了降低噪声的影响，通常的做法是，分别在RSL和SGL处多次采样求平均，这样对硬件和数据处理软件的要求都很高。我们这里采用了积分型相关双采样技术，CCD信号分别经过同相和反相放大器连到模拟开关输入端。模拟开关S1打开时，RSL通过电容积分;s2打开时，SGL信号经电容积分;s3打开输入端接地，信号保持不变;s4为复位开关。

　　CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件，可以称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。

　　天文核心期刊发表：《科学学研究》杂志为中国科学学与科技政策研究会创办，并与中国科学院科技政策与管理科学研究所、清华大学科学技术与社会研究中心合办的综合性学术期刊。主要发表科学学、科技政策、科技管理方面具有一定理论见解和研究水平的学术论文、调查报告和典型案例，以推动创新研究，促进学术交流为主旨。从2001年起，本刊被列入国家科技部中国科技论文统计源期刊。

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