空间高帧频背照式ccd驱动与信息处理技术研究

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1、密级:博士学位论文空间高帧频背照式CCD驱动与信息处理技术研究作者姓名作者姓名：作者姓名：：：指导教师:中国科学院上海技术物理研究所学位类别:工学博士学科专业:电路与系统研究方向研究方向：研究方向：：：航空航天遥感系统培养单位:中国科学院上海技术物理研究所2015年年年4月月月1学位论文版权使用授权书本人完全了解中国科学院大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版

2、章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日ResearchonDrivingandInformationProcessingTechnologyofHigh-frame-rateBackside-illuminatedCCDinSpaceByADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofScienc

3、esInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofElectronicScienceandTechnologyShanghaiInstituteofTechnicalPhysics,ChineseAcademyofSciencesApril,20153摘摘摘要要要高光谱成像技术以其出色的地物识别能力，已成为航天遥感领域最重要的观测技术之一。随着星载高光谱成像系统空间分辨率和光谱分辨率需求的提高，对信息获取系统的灵敏度提出了更高的要求，其中高性能探测器及其应用技术已成为系统性能进一步突破所

4、依赖的一项关键技术，而背照式CCD以其量子效率的显著优势，目前仍是星载高光谱成像仪中首选的可见近红外探测器。本课题针对星载高光谱成像系统中高帧频背照式CCD的应用，从CCD驱动技术和信息获取与处理技术等方面展开了深入的研究。在CCD驱动技术方面，研究了帧转移CCD拖尾现象对光谱辐射测量精度和信噪比的影响，并采取电路优化和CCD内部结构优化相结合的方式，实现了低至100ns的行转移时间，使CCD在高帧频应用中最大的缺陷得到弥补。另外，研究了CCD的暗电流对系统性能的影响，提出了根据暗像元信号自适应调整驱动时序及偏压的暗电流抑制方法，使CCD在不同温度下的暗电

5、流得以稳定在较低水平。针对空间电离辐射效应造成的表面暗电流增大和电荷容量下降的问题，提出了可在轨调整驱动偏压的驱动方式，以弥补辐照损伤的影响。在CCD信息获取技术方面，研究了驱动信号整形、模拟前端芯片的选型、时钟抖动和接地方式等因素对系统噪声的影响，据此进行了低噪声信息获取电路的设计，并提出了谱段可变增益的方法提升了紫光和近红外波段的信噪比。研究了多通道CCD的通道间串扰问题，并通过CCD内部结构的优化使串扰系数得到了显著改善。针对电离辐照效应对读出放大器增益和工作点漂移的影响，采用可在轨调整读出放大器偏压的方式，同时采用模拟前端芯片进行增益补偿，可在一定

6、程度上弥补辐照损伤的影响。在CCD信息处理技术方面，分析了背照式CCD的etalon效应产生的原理及其影响因素，提出了通过空间维平均及光谱维平滑的方法获得参考光谱曲线，并以此生成etalon效应校正系数，在对卤钨灯光谱曲线的校正实验中获得了较好的效果。针对拖尾问题，提出了基于面阵数据与暗行数据相结合以估计帧转移时刻光强数值及分布的拖尾校正算法，从而提高了算法对景物变化的适应能力，并通过实验验证了校正方法的有效性。另外，研究了基于暗像元信号及基于温度监测值的暗电流估计方法，获得了较理想的估计效果，从而使地面测试及在轨运行时的暗电流校正流程得到简化，同时提高了

7、对温度变化的适应能力。本课题根据高光谱成像系统的特点进行了定制CCD的指标需求设计及系-统实现，在高灵敏度模式下电路等效输入噪声可低至23e，在正常工作模式和-500Hz帧频下噪声也仅为70.8e，动态范围大于78dB。在典型的测试条件下，I410~900nm光谱范围内的信噪比均高于300，光谱成像实验获得的图像清晰，光谱信息准确。论文的最后就一些有待解决的问题和进一步提升系统性能的方法提出了几点建议。关键词关键词：关键词：：：高光谱成像，背照式CCD，拖尾，暗电流，etalon效应IIABSTRACTHyperspectralimagingtechnol

8、ogyhasbecomeoneofthemostimportant