[發明專利]一種機載DOAS光譜儀成像及控制電路

在審

• 申請號: 201811509234.3
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109405969A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 邱曉晗;王煜
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種機載DOAS光譜儀成像及控制電路，所述成像及控制電路可發送CCD驅動時序，驅動CCD產生模擬視頻信號，并接收模擬視頻信號，緩存后，經AD相關雙采樣產生數字視頻信號按行讀出，根據設備號、場行同步碼、成像時間等信息打包形成串行數據流，經由一路數傳通道上傳給機載控制平臺，該數據流符合機載控制平臺下行數據接口標準。通過機載控制平臺數管通道，可向成像及控制電路發送圖像啟停、曝光時間、增益等控制命令，以及GPS信息、秒脈沖信息。機載DOAS光譜儀及控制電路產生的每一行圖像信息的成像時間可以與GPS設備的POS時間準確匹配。在圖像數據反演過程中可以將大氣污染濃度分布準確的對應地物目標，提高了觀測區域內大氣污染分布的準確性。

技術領域

本發明涉及機載DOAS光譜儀探測器驅動和控制、數據采集和圖像數據處理的技術領域，具體涉及一種機載DOAS光譜儀成像及控制電路。

背景技術

隨著大氣污染問題的愈發嚴峻，各個國家都越來越重視大氣污染問題。我國的大氣污染問題伴隨著工業的高速發展同樣變得愈發嚴重。在大氣污染治理過程中，大氣污染物是如何產生、分布和傳輸的，需要進行充分的分析和研究，這對大氣污染的監測技術提出了較高的要求。所以，需要多種先進的大氣污染監測設備應用于大氣污染監測領域。

隨著上個世紀70年代以來DOAS技術的快速發展，這項技術廣泛的應用在空氣污染監測領域。DOAS設備無需對待測大氣進行采樣，選擇太陽光作為光源就可以同時對多種大氣污染物進行在線分析，這使得DOAS設備能夠廣泛應用在開放式區域空氣污染監測。DOAS光譜儀可以通過獲取高光譜中的多種吸收譜線，同時監測多種不同空氣污染物。由于多種大氣污染物，如NO2、SO2、O3和CO，其吸收譜線主要屬于紫外波段，使得紫外DOAS光譜儀廣泛的應用于大氣污染監測領域。

DOAS光譜儀可以應用在多種不同平臺。其中，地基遙感平臺主要用于監測地面區域范圍內的空氣污染物。航空遙感平臺，例如星載遙感平臺可用于對全球區域進行綜合、宏觀、快速的遙感探測。而航天遙感平臺，例如機載遙感平臺，可以不受地形限制，從而獲取監測區域上空的高分辨率光譜遙感數據。

機載DOAS光譜儀主要應用于大氣污染監測，采用CCD47-20探測器，采用機載控制平臺接口進行通訊，并計劃于2017年服役。基于機載成像光譜儀研發項目，機載DOAS光譜儀光譜電子學系統，電子學系統中最重要的組成部分就是機載DOAS光譜儀成像及控制電路。該電路主要用于發送CCD驅動時序，并采集CCD模擬圖像信號，發送給機載控制平臺的大規模存儲陣列，通過接收機載控制平臺接口發送的通訊命令，可以控制光譜儀的曝光時間、信號增益以及工作模式等。機載DOAS光譜儀圖像數據傳輸采用LVDS接口，通訊命令采用RS-485接口，所有接口協議均采用標準航空遙感設備接口協議。機載DOAS光譜儀成像及控制電路采用FPGA作為主控芯片，并采用專用AD芯片采集圖像數據，采用MCU實現RS-485數管通訊功能。設計的機載DOAS光譜儀成像及控制電路解決了以往紫外成像光譜采用成品相機或者工業相機時無法直接連接機載控制平臺接口，并采用標準航空設備接口協議的問題。

已有的與本發明最相似的實現方案：目前機載DOAS光譜儀通常采用成品相機或者工業相機連接光譜儀進行工作，其成像及控制電路通常采用USB或Cameralink接口，連接筆記本電腦進行數據傳輸和控制。采用外置GPS系統獲取飛行過程中產生數據的位置信息。

已有技術的方法：成品相機或工業相機其成像及控制電路通常由探測器驅動模塊、數據采集模塊、供電模塊、USB通訊模塊組成。

首先由探測器驅動模塊生產探測器所需要的驅動時序，并由供電模塊給探測器和電路提供相應電壓。探測器接收驅動時序驅動后會產生模擬圖像信號，再由數據采集模塊將模擬圖像信號采集后產生數字圖像信號，通過USB發送到筆記本電腦，筆記本電腦同時可以通過USB接口向其成像及控制電路發送控制命令，從而控制探測器的工作模式、曝光時間等。探測器產生的數字圖像數據將存儲在筆記本電腦中。后期數字圖像數據反演時將結合GPS及慣導系統記錄的時間信息，將反演的結果對應到GPS記錄的時間信息對應的地理位置。