高分四号-卫星大面阵红外相机视频处理电路的FPGA设计.pdf

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1、第38卷第3期航天返回与遥感2017年6月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING109“高分四号”卫星大面阵红外相机视频处理电路的FPGA设计刘涛张晔李亮王洋张旭黄竞王华（北京空间机电研究所，北京100094）摘要“高分四号”卫星填补了多项国内外的技术空白，其搭载的红外相机首次实现了大面阵红外探测器成像，并展示了高品质的大面阵红外成像能力。文章以高可靠性，高信噪比，小型化的大面阵红外相机视频处理电路为目标，从FPGA（FieldProgrammableGateArray）设计角度给出设计思路和技术方案。首先，分析了大面阵红外探测器

2、、设备工作环境与小型化、信号采样精度、高速串行数据传输等技术特点与难点。其次，给出设计思路和技术方案，包括使用时钟管理芯片进行时钟网络设计，提高了信号采样精度并提高了高速串行数据传输的可靠性；使用在轨信号处理实现通道不一致性校正，提高了图像的信噪比；使用电子限流器防止器件的单粒子栓锁，提高了器件的工作可靠性；使用一块FPGA实现焦面控制、信号处理、工程数据处理、外围芯片控制等全部功能，实现了设备的小型化与轻量化；地面进行了自适应像元校正与可编程盲元替换实验，为后续型号在轨应用提供了技术储备。最后，从红外相机外景成像效果可以看到，设计思路和技术方案可行且满足

3、任务要求。关键词时钟网络现场可编程门阵列大面阵红外探测器“高分四号”卫星中图分类号:TP336文献标志码:A文章编号:1009-8518(2017)03-0109-07DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2017.03.013FPGADesignof“GF-4”SatelliteLarge-arrayInfraredCameraVideoProcessingCircuitLIUTaoZHANGYeLILiangWANGYangZHANGXuHUANGJingWANGHua（BeijingInstituteofSpaceMechanic

4、s&Electricity,Beijing100094,China）AbstractGF-4satelliteinfraredcameraachievesalarge-arrayimaginginfrareddetectors.Thispaperfirstlyanalyzesthecharacteristicsoflarge-arrayinfrareddetectors,equipmentworkenvironment,miniaturization,signalsamplingprecisionandhigh-speedserialdatatransmi

5、ssion,andthenusesaclockmanagementchipclocknetworkdesigntoimprovethesignalsamplingaccuracyandthereliabilityofhigh-speedserialdatatransmission;Inthepapertheuseofsignalprocessingtoachieveorbitcorrectionchannelinconsistenciesandimprovethesignaltonoiseratiooftheimage;theuseofelectronic

6、currentlimiterpreventssingleeventlatch-madedevices,andthedeviceimprovesreliability;groundadaptivepixelcorrection,programmableblindyuanreplacesexperimentsinorbitforfutureapplicationsofthetechnologyexperiment.Finally,theinfraredimagingcameralocationimagingresultsshowthattheproposedd

7、esignideasisfeasibleandmeetsthemissionrequirements.Keywordsclocknetwork;fieldprogrammablegatearray(FPGA);largeareaarrayinfrareddetector;GF-4satellite收稿日期：2016-04-19基金项目：国家重大科技专项工程110航天返回与遥感2017年第38卷0引言随着红外探测器研制技术的快速发展，红外成像系统被广泛应用在多个领域中，但多为线阵红外探测器，大面阵红外探测器的使用比较少见。针对“高分四号”卫星相机在轨8年寿命

8、，高轨道的工作环境，对设备的可靠性提出了很高的要求，同时由于相机的