[发明专利]一种机载DOAS光谱仪成像及控制电路

说明书

本发明公开了一种机载DOAS光谱仪成像及控制电路，所述成像及控制电路可发送CCD驱动时序，驱动CCD产生模拟视频信号，并接收模拟视频信号，缓存后，经AD相关双采样产生数字视频信号按行读出，根据设备号、场行同步码、成像时间等信息打包形成串行数据流，经由一路数传通道上传给机载控制平台，该数据流符合机载控制平台下行数据接口标准。通过机载控制平台数管通道，可向成像及控制电路发送图像启停、曝光时间、增益等控制命令，以及GPS信息、秒脉冲信息。机载DOAS光谱仪及控制电路产生的每一行图像信息的成像时间可以与GPS设备的POS时间准确匹配。在图像数据反演过程中可以将大气污染浓度分布准确的对应地物目标，提高了观测区域内大气污染分布的准确性。

技术领域

本发明涉及机载DOAS光谱仪探测器驱动和控制、数据采集和图像数据处理的技术领域，具体涉及一种机载DOAS光谱仪成像及控制电路。

背景技术

随着大气污染问题的愈发严峻，各个国家都越来越重视大气污染问题。我国的大气污染问题伴随着工业的高速发展同样变得愈发严重。在大气污染治理过程中，大气污染物是如何产生、分布和传输的，需要进行充分的分析和研究，这对大气污染的监测技术提出了较高的要求。所以，需要多种先进的大气污染监测设备应用于大气污染监测领域。

随着上个世纪70年代以来DOAS技术的快速发展，这项技术广泛的应用在空气污染监测领域。DOAS设备无需对待测大气进行采样，选择太阳光作为光源就可以同时对多种大气污染物进行在线分析，这使得DOAS设备能够广泛应用在开放式区域空气污染监测。DOAS光谱仪可以通过获取高光谱中的多种吸收谱线，同时监测多种不同空气污染物。由于多种大气污染物，如NO2、SO2、O3和CO，其吸收谱线主要属于紫外波段，使得紫外DOAS光谱仪广泛的应用于大气污染监测领域。

DOAS光谱仪可以应用在多种不同平台。其中，地基遥感平台主要用于监测地面区域范围内的空气污染物。航空遥感平台，例如星载遥感平台可用于对全球区域进行综合、宏观、快速的遥感探测。而航天遥感平台，例如机载遥感平台，可以不受地形限制，从而获取监测区域上空的高分辨率光谱遥感数据。

机载DOAS光谱仪主要应用于大气污染监测，采用CCD47-20探测器，采用机载控制平台接口进行通讯，并计划于2017年服役。基于机载成像光谱仪研发项目，机载DOAS光谱仪光谱电子学系统，电子学系统中最重要的组成部分就是机载DOAS光谱仪成像及控制电路。该电路主要用于发送CCD驱动时序，并采集CCD模拟图像信号，发送给机载控制平台的大规模存储阵列，通过接收机载控制平台接口发送的通讯命令，可以控制光谱仪的曝光时间、信号增益以及工作模式等。机载DOAS光谱仪图像数据传输采用LVDS接口，通讯命令采用RS-485接口，所有接口协议均采用标准航空遥感设备接口协议。机载DOAS光谱仪成像及控制电路采用FPGA作为主控芯片，并采用专用AD芯片采集图像数据，采用MCU实现RS-485数管通讯功能。设计的机载DOAS光谱仪成像及控制电路解决了以往紫外成像光谱采用成品相机或者工业相机时无法直接连接机载控制平台接口，并采用标准航空设备接口协议的问题。

已有的与本发明最相似的实现方案：目前机载DOAS光谱仪通常采用成品相机或者工业相机连接光谱仪进行工作，其成像及控制电路通常采用USB或Cameralink接口，连接笔记本电脑进行数据传输和控制。采用外置GPS系统获取飞行过程中产生数据的位置信息。

已有技术的方法：成品相机或工业相机其成像及控制电路通常由探测器驱动模块、数据采集模块、供电模块、USB通讯模块组成。

首先由探测器驱动模块生产探测器所需要的驱动时序，并由供电模块给探测器和电路提供相应电压。探测器接收驱动时序驱动后会产生模拟图像信号，再由数据采集模块将模拟图像信号采集后产生数字图像信号，通过USB发送到笔记本电脑，笔记本电脑同时可以通过USB接口向其成像及控制电路发送控制命令，从而控制探测器的工作模式、曝光时间等。探测器产生的数字图像数据将存储在笔记本电脑中。后期数字图像数据反演时将结合GPS及惯导系统记录的时间信息，将反演的结果对应到GPS记录的时间信息对应的地理位置。