星载临边扫描光谱成像CCD中去除电机干扰的方法及介质技术

本发明专利技术的一种星载临边扫描光谱成像CCD中去除电机干扰的方法及介质，通过对CCD数字图像进行处理，处理过程使用扫描电机PWM驱动频率、CCD像元读出频率、像元干扰频率等参数，以CCD暗参考列为起始点，寻找受干扰像元，通过权重线性插值回补方法，达到消除所有干扰信号的目的；巧妙利用了PWM波驱动频率，结合CCD暗参考列和像元读出时间，逐像元去定位干扰的位置，对干扰信号消除再波形拟合，该方法是对数字图像的预处理，适用于快速地面数据处理；同时占用硬件逻辑资源少，也可作为星上快速识别算法的补充，可应用于需要对热点地区的快速识别和决策。尤其在载荷在轨飞行阶段中，因环境问题导致硬件屏蔽措施失效的情况下，可作为有效的补充手段。效的补充手段。效的补充手段。

【技术实现步骤摘要】
星载临边扫描光谱成像CCD中去除电机干扰的方法及介质


[0001]本专利技术涉及星载临边扫描光谱成像CCD
，具体涉及一种星载临边扫描光谱成像CCD中去除电机干扰的方法及介质。

技术介绍

[0002]大气探测卫星上搭载的临边载荷，通常使用扫描电机加上CCD成像探测器，获取平流层大气切高方向上痕量气体的时空分布。载荷一般工作在705km的轨道高度，利用扫描电机，沿着后向切线方通过扫描方式从下往上完成视场内大气测量。电机正常工作扫描范围10
‑
50km，单步行走60”(单位秒，0.0165度)，对应1.8km的测量高度，则40km范围内单步行走约22步，完成测量后顺转回零，等待下次测量开始。电机每次行走22步加上回零时间，一般在1分钟内完成。为保证测量效率，电机单步到位时间通常控制在50ms(毫秒)以内，最后回零时间在3s(秒)以内；而为保证扫描区域覆盖的准确性，临边扫描电机在每次单步走完60”行程后，指向稳定度偏差不超过10”。为满足如此高的指标要求，设计上通常选用无刷直流电机，该类型电机拥有A/B/C三相线圈，星型连接。如图1所示为扫描电机的等效电路图，线圈分为三部分，分别连接到由MOS管(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体场效应晶体管)组成的驱动桥上，图中扫描电机参数，是按临边载荷对负载转动惯量、功耗和体积的要求进行的取值。扫描电机控制上使用速度、位置、电流三闭环PID(Proportional Integral Derivative)算法，产生PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)波，进入三相MOS驱动桥进行驱动，完成电机高精度转动和指向稳定性。
[0003]但同时该设计却带来了不可避免的干扰问题，图1中在桥式驱动电路和扫描电机之间通过缆连接，不同线径和长度的电缆会产生几uH(微亨)不等的寄生电感，而电机线圈是由漆包线绕制而成，又会产生寄生电容，该寄生电容和电感组合在一起会在桥式电路PWM波开关瞬间产生谐振，如图2示波器截图通道2所示，通道2为扫描电机连接线缆上的电流波形，其它通道为扫描电机三相驱动波形，谐振信号会以传导和辐射的方式干扰到CCD成像信号。
[0004]图2(b)可以看到，PWM波上升沿过后打开H桥MOS管，驱动电流有部分产生阻尼衰减波形，周期约150nS(纳秒)，衰减周期、幅度与电机线圈寄生电容、连接线缆寄生电感及电缆阻抗有关。而电流波形会通过线缆和地线等途径对外围器件产生干扰，尤其是CCD这种深势阱高动态范围，对噪声敏感的器件。如图3所示为在地检平台上显示的，临边扫描光谱成像CCD输出的受电机干扰的图形。图3中黑色区域为CCD成像照片，尺寸为1072像元X258像元，图中DN值曲线部分为选取并显示出一行(1072个像元)像元的DN值(Digital Number),可以看出，除本底噪声外，有规律的间隔几个像元后就会出现尖峰脉冲，这些尖峰脉冲的幅值是本底噪声DN值的3倍以上，这些噪声就是扫描电机产生的干扰噪声。
[0005]电磁干扰和相关的噪声源是CCD相机系统最难解决的噪音问题。工程上通常针对电磁干扰产生的噪声，使用解耦、导体屏蔽、结构屏蔽和接地等手段。解耦网络用于去除CDS(Correlated Double Sampling，相关双采样)通频带内的干扰频率，在电路板上RC网络被
尽可能的放置于接近CCD和敏感的模拟电路的电源线路。很多CCD由于散热的原因，被安装在结构件上，那么电路板上的驱动线和CCD管脚之间是通过飞线相连，这种进出CCD的管脚的线也是容易受到电磁场耦合，而引入外界噪声，解决这类干扰主要是使线尽可能的短，并使用接地回路屏蔽或双绞信号线。针对CCD和敏感电子器件的屏蔽结构是减少EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)噪声问题的有效手段，屏蔽层会反射入射的EMI波并吸收未反射的部分，吸收损失以类似的方式作用于电场和磁场，反射损耗在电场中较大，但在磁场中相对较小，因此主要依靠吸收损耗来屏蔽CCD和周边电子器件。在CCD电路设计中，多点接地系统的设计也可以提供较好的电路隔离和屏蔽效果，并区分功率地和信号地，数字地和模拟地，使用大平面敷铜做地可有效减少地线回流路径。
[0006]针对于上述扫描成像CCD干扰现象，软件去噪的手段有限，未见相关报道。但通常的方法是，因为可预知扫描电机的干扰频点，对数字图像使用傅里叶变换，找到干扰频率，再通过数字带通滤波，可消除相关噪声。但光谱成像CCD系统中，光谱信号的快变化吸收峰成连续高斯分布，分布频率和电机驱动干扰频率相近，滤波器会消减有用信号幅值。

技术实现思路

[0007]本专利技术提出的一种星载临边扫描光谱成像CCD中去除电机干扰的方法，通过CCD暗像元和行信号读出时间定位，得到干扰信号频率和位置，达到去除因电机产生的CCD图像干扰信号的目的。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0009]一种星载临边扫描光谱成像CCD中去除电机干扰的方法，包括:
[0010]包括以下步骤，
[0011]S1、确认扫描电机驱动频率F
MOTOR
、CCD像元读出频率F
CCD
和干扰波形频率F
INTER
，电机驱动频率F
MOTOR
、CCD像元读出频率F
CCD
由设计数值得到，干扰波形频率F
INTER
可由示波器采集获得；
[0012]S2、根据电机驱动频率F
MOTOR
、CCD像元读出频率F
CCD
，得到干扰重复周期通过地检采集CCD单行图像干扰像元DN值，确认一个干扰所占像元数m；m为自然数，且m≤2；
[0013]S3、从CCD每行的空像元开始，找到第一个干扰特征峰像元序号标记为X1，和第二个干扰特征峰像元序号标记为Y1；
[0014]S4、对该行像元所有序号为：X1+F
REP
×
n
‑
1，X1+F
REP
×
n，X1+F
REP
×
n+1，Y1+F
REP
×
n
‑
1，Y1+F
REP
×
n，Y1+F
REP
×
n+1的像元标记，并使其DN值归零；n＝0,1,2
…
为自然数；
[0015]设上述序号像元的DN值表示为：
[0016][0017]S5、设标记的干扰像元的相邻两像元的序号为(X1+F
REP
×
n
‑
2,X1+F
REP
×
n+2)和(Y1+F
REP
×
n
‑
2,Y1+F
REP
×
n+2)，DN值表示为：
[0018]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载临边扫描光谱成像CCD中去除电机干扰的方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、确认扫描电机驱动频率F
MOTOR
、CCD像元读出频率F
CCD
和干扰波形频率F
INTER
，电机驱动频率F
MOTOR
、CCD像元读出频率F
CCD
由设计数值得到，干扰波形频率F
INTER
可由示波器采集获得；S2、根据电机驱动频率F
MOTOR
、CCD像元读出频率F
CCD
，得到干扰重复周期通过地检采集CCD单行图像干扰像元DN值，确认一个干扰所占像元数m；m为自然数，且m≤2；S3、从CCD每行的空像元开始，找到第一个干扰特征峰像元序号标记为X1，和第二个干扰特征峰像元序号标记为Y1；S4、对该行像元所有序号为：X1+F
REP
×
n
‑
1，X1+F
REP
×
n，X1+F
REP
×
n+1，Y1+F
REP
×
n
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：赵欣，王煜，司福祺，毋路遥，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：