[发明专利]南极望远镜中CCD驱动的控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制装置，具体涉及一种南极望远镜中CCD驱动的控制系统。

背景技术

20世纪90年代以来，随着遥感成像技术和计算机技术的高速发展,基于面阵CCD或线阵CCD的数字成像技术日渐成熟，推动了摄影测量相机由传统的胶片记录方式跨入到数字记录方式，逐渐实现了遥感测绘流程的全数字化。数字摄影的发展主要随CCD技术的发展而进步：可以分为线阵CCD相机和面阵CCD相机两个阶段。面阵CCD相机和线阵CCD相机相比，各有特点。面阵相机几何性能好，对平台稳定度要求低，应用处理便捷，但实现大的面阵CCD像元规模技术难度大，限制了高分辨率对地观测应用。线阵相机技术相对成熟，已在星载系统得到广泛应用，易于实现宽覆盖和较高分辨率；但对平台要求高，需要高精度的测姿定位设备支持，数据后处理较为复杂。但是，当前国内市场上销售的CCD产品大多数是从日本、加拿大、美国进口的，国内尚无成熟的大面阵CCD产品。国外的大面阵CCD不仅价格昂贵、用途单一，而且在外部触发、曝光时间调节的灵活性方面存在不足。因此，剖析国外CCD产品的关键技术，突破CCD产品的技术难点，开发具有自主知识产权的高性价比的国产化产品，成为众多研究人员的努力目标。南极是整个地球上最佳的天文观测台址，它有99%是晴天，冬季全是黑夜，没有太阳光、尘埃、水气干扰等优点。南极望远镜KDUST的CCD驱动研究对我国以后建设南极天文台有很大的帮助。

目前大型望远镜CCD采用的驱动控制系统都是根据各自需求单独研发的。当系统采用不同型号的CCD 而要求产生不同的时序时, 不仅需要重新编写配置文件，而且需要对硬件进行重新设计。现有技术中尚未出现适用于各款同型号CCD的驱动控制系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种南极望远镜中CCD驱动的控制系统，该系统要解决的技术问题是：研究南极望远镜KDUST（南极暗宇宙巡天望远镜）的CCD驱动控制系统，该系统能够为南极望远镜的CCD正常工作提供正确的供电和时序驱动信号。当系统采用不同型号的CCD 而要求产生不同的时序时, 只需重新编写配置文件写入FPGA, 而不必对硬件进行重新设计。

完成上述发明任务的技术方案是：一种南极望远镜中CCD驱动的控制系统，该系统由FPGA（现场可编程逻辑门阵列）和集成IC（集成电路）结合，由时序脉冲产生电路、水平驱动电路、垂直驱动电路和偏置电压电路组成，其特征在于：所述的FPGA通过硬件语言编程实现微控制器与集成IC之间的通信连接，配置各个IC的初始参数。

工作时序从功能上可以分为帧转移时序(Frame timing)，行转移时序(Line timing)，像素水平读出时序(Pixel timing)。帧转移时序指CCD将一帧图像转移输出的时序，行转移时序指一行像素在时钟的驱动下完成从存储区到水平移位寄存器转移和逐位从水平移位寄存器读出的时序，像素转移时序指在一行像素在C时钟驱动下从水平移位寄存器中逐位水平读出的时序。

CCD时序信号是一组周期性的、关系比较复杂的脉冲信号,  它影响CCD器件的电荷转移效率、信噪比等参数，因此精确的驱动时序是CCD器件正常工作的保证。由于CCD种类很多，不同生产商CCD器件的驱动时序往往是不同的，CCD时序信号产生的方法主要有直接数字电路驱动法、EPROM驱动法、微处理器驱动法、可编程逻辑器件驱动法和专用集成芯片驱动法。

早期几乎都使用数字逻辑电路来产生时序信号，为满足时序设计要求，计数器使用同步计数器，反相的两相时钟应由同一个触发器的正反两个输出端同时输出；组合逻辑设计时应该避免逻辑竞争；为产生各时序信号，计数主时钟应该是像素时钟的整数倍。此方法虽然成本低廉、设计简单，但体积较大，电路集成度较低，逻辑设计复杂，偏重于硬件的实现，并且器件延时较大，电路调试繁杂，灵活性较差。

现在普遍使用的是单纯的使用普通数字芯片实现驱动控制电路，或者直接用可编程逻辑器件生成驱动脉冲，再另加电压驱动芯片和配套电路，造成CCD外围电路复杂，不同大型望远镜间的可移植性较差。本发明的目的是在南极望远镜CCD驱动控制系统的基础上，提供一种结合集成电路和FPGA的控制方案，简化电路的同时实现在不同望远镜CCD间的较好的可移植性。

驱动控制电路包含了读出CCD的所有模拟电路，这其中包含偏压产生器，时钟驱动电路，前置放大器，CDS（相关双采样）电路以及模数转换器。