CN103701467B - 大动态范围红外探测器输出模拟信号的对数量化压缩方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大动态范围红外探测器输出模拟信号的对数量化压缩系统，其特征在于，其包括相互连接的对数放大器和模数转换器，对数放大器与一个探测器连接。所述探测器输出最大信号电压为ViM时，探测器输出最小信号电压为Vim＝0.01ViM。本发明大动态范围红外探测器输出模拟信号的对数量化压缩系统适应大动态范围遥感需求，并可满足所需信噪比要求。

Description

大动态范围红外探测器输出模拟信号的对数量化压缩方法
技术领域
本发明涉及一种对数量化压缩方法，特别是涉及一种大动态范围红外探测器输出模拟信号的对数量化压缩方法。
背景技术
遥感类航天器工作在轨道上，受制于遥感载荷本身的探测器水平、模数转换器水平、数据能力等约束，其所探测目标的动态范围都在一定的范围内。
随着我国航天技术的迅速发展，出现了大量面向新任务的航天器，如对红外点目标进行探测的大椭圆轨道航天器。该航天器由于观测目标距离变化剧烈的原因，带来了目标信号强度动态范围增大的问题。
目前，国内高分辨率遥感卫星受制于数传能力约束，无法满足实时传输需求，因此开展大动态范围信号强度的对数化探测方法可很好的适应这种需求。由于点目标本身特性及目标距离变化大的原因，容易引起红外点目标探测器输出模拟信号动态范围过大，造成模数转换难以实现或星上数传分系统无法及时有效下传遥感数据的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大动态范围红外探测器输出模拟信号的对数量化压缩方法，其适应大动态范围遥感需求，并可满足所需信噪比要求。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种大动态范围红外探测器输出模拟信号的对数量化压缩方法，其特征在于，其包括相互连接的对数放大器和模数转换器，对数放大器与一个探测器连接。
优选地，所述探测器输出最大信号电压为ViM时，探测器输出最小信号电压为Vim＝0.01ViM。
优选地，所述利用对探测器模拟信号的对数化，来实现10bit信号量化需要。
本发明的积极进步效果在于：适应大动态范围遥感需求，并可满足所需信噪比要求。
附图说明
图1为本发明适用的航天遥感全环节原理框图。
图2为本发明大动态范围红外探测器输出模拟信号的对数量化压缩方法的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1和图2所示，本发明大动态范围红外探测器输出模拟信号的对数量化压缩方法包括相互连接的对数放大器和模数转换器，对数放大器与一个探测器连接。
一般情况下，红外点目标引起的探测器信号动态范围在100以内。即探测器输出最大信号电压为ViM时，探测器输出最小信号电压为：Vim＝0.01ViM。
对于红外点目标探测，通常需满足以下条件才能星上应用：
1、必须满足输入信号的信噪比SNR＞15，也即测量误差小于6.7％。
2、必须满足定标要求，即定标的辐亮度测量误差在15％以内。
3、能满足强背景下弱目标的检测需要，即对强信号探测要小于1％的测量误差。
由于探测器输入信号电压范围在0.01ViM～ViM之间，由于要求低端信号信噪比达到15的信噪比，因此若采用线性量化，则量化等级为15×100＝1500个等级以上，必须采用11bit量化才能实现该动态范围。可采用图2示的对数放大器的方式对其进行压缩，然后再实现10bit ADC的输出。
采用的对数放大器的运算方式为式(1)：
其中信号Vi的范围为(Vim，ViM),VR待设定，K为一个电路传递函数，可通过调节电路参数来对K编程，其单位为电压。
对上述条件1和2，只要引入对数放大器之后可以满足条件1，则条件2肯定满足，因此只需要使对数放大器满足条件1、3即可满足上述3个条件。对条件1,必须满足以下式(2)和式(3)：
而再根据公式(1)，代入式(2)和式(3)可得式(4)：
ViM＜5×1028VR…………(4)
对条件3，若要满足强背景下对弱目标的探测，即需要满足式(5)：
经过推导可得式(6)：
ViM＜2.95×104VR…………(6)
由式(4)和式(6)，只需满足：可以实现10bit量化。
本发明主要是通过对探测器输出的模拟信号进行调理，来实现10bit ADC输出数字信号能力。探测器输出的模拟信号，模拟信号动态范围很大，通过对数放大器和模数转换器联合工作，使得大动态范围的信号可以压缩成10bit ADC能处理的数据，适应星上数传分方法的能力。本发明利用对探测器模拟信号的对数化，来实现10bit信号量化需要。本发明可以解决红外点目标探测器受数传能力制约时信号动态范围过大造成的数据堵塞问题，较好的解决实时传输型遥感航天器的数传问题。本发明也可以应用于解决航天遥感载荷探测器输出模拟信号动态范围过大造成的模数转换问题。
以上对本发明的具体实施方式进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.一种大动态范围红外探测器输出模拟信号的对数量化压缩方法，其特征在于，其包括相互连接的对数放大器和模数转换器，对数放大器与一个探测器连接；
所述探测器输出最大信号电压为ViM时，探测器输出最小信号电压为Vim＝0.01ViM；
利用对探测器模拟信号的对数化，来实现10bit信号量化需要，具体如下：
首先，对于红外点目标探测，确定星上应用的下述条件：
(1)满足输入信号的信噪比SNR＞15，也即测量误差小于6.7％；
(2)满足定标要求，即定标的辐亮度测量误差在15％以内；
(3)能满足强背景下弱目标的检测需要，即对强信号探测要小于1％的测量误差；
采用的对数放大器的运算方式为式(1)：
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其中信号Vi的范围为(Vim，ViM),VR待设定，K为一个电路传递函数，可通过调节电路参数来对K编程，其单位为电压；
对上述条件1和2，只要引入对数放大器之后可以满足条件1，则条件2肯定满足，因此只需要使对数放大器满足条件1、3即可同时满足上述3个条件，对条件1,必须满足以下式(2)和式(3)：
<mrow> <mi>L</mi> <mi>S</mi> <mi>B</mi> <mo>&lt;</mo> <mi>K</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>g</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>V</mi> <mi>R</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>K</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>g</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mn>0.93</mn> <msub> <mi>V</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>R</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>...</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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而再根据公式(1)，代入式(2)和式(3)可得式(4)：
ViM＜5×1028VR…………(4)
对条件3，若要满足强背景下对弱目标的探测，即需要满足式(5)：
<mrow> <mi>L</mi> <mi>S</mi> <mi>B</mi> <mo>&lt;</mo> <mi>K</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>g</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>M</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>V</mi> <mi>R</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>K</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>g</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>M</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>R</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>...</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
经过推导可得式(6)：
ViM＜2.95×104VR…………(6)
由式(4)和式(6)，只需满足：可以实现10bit量化。
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