CN104967779A - 空间相机时序与视频处理电路及实现方法 - Google Patents

Abstract

一种空间相机时序与视频处理电路及实现方法，包括CCD模拟信号输入端、视频信号选通公共电路、主份嵌位电容、主份视频处理电路、主份FPGA、主备份CCD驱动时序选通公共电路、备份嵌位电容、备份视频处理电路、备份FPGA、电源和CCD驱动信号输出端；CCD模拟信号输入端通过视频信号选通公共电路分别接主份嵌位电容和备份嵌位电容；主份嵌位电容通过主份视频处理电路和主份FPGA接主备份CCD驱动时序选通公共电路；备份嵌位电容通过备份视频处理电路和备份FPGA接主备份CCD驱动时序选通公共电路；主备份CCD驱动时序选通公共电路接CCD驱动信号输出端；电源与视频信号选通公共电路相连。本发明可靠性高、功耗低。

Description

空间相机时序与视频处理电路及实现方法

技术领域

本发明属于电学领域，涉及一种空间相机时序与视频处理电路及实现方法，尤其涉及一种适用于高可靠性以及高灵敏度的航空、航天遥感相机的高可靠低功耗时序与视频处理电路及实现方法。

背景技术

随着航天科技领域各项技术的不断发展，可靠性设计与分析在航天科技领域也得到了广泛的应用和不断的发展。

视频处理电路是空间相机中必不可少的组成部分，它的好坏直接影响到整个CCD相机成像系统的性能。遥感相机由于受空间辐射会导致某些电子元器件损伤，从而降低相机的寿命和可靠性。目前的空间相机视频处理电路为了提高其固有可靠性通常采用热备份或者冷备份的冗余设计。然而热备份在保障系统可靠性的同时也带来了功耗过大等问题，而完全的冷备份在提高系统固有可靠性的同时也导致线路板的面积和重量增加，进而使整机的成本增加。

传统的时序与视频处理电路由以下几部分组成：模拟视频信号的前置放大、相关双采样(CDS)、可编程增益前放(PGA)、A/D转换和FPGA等部分组成。该电路具有电路复杂、调试困难、价格昂贵、功耗紧张等缺点。

发明内容

为了解决传统设计方式中可靠性不高的问题，本发明提出了一种高可靠以及低功耗的空间相机时序与视频处理电路及实现方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种空间相机时序与视频处理电路，其特征在于：所述空间相机时序与视频处理电路包括CCD模拟信号输入端、视频信号选通公共电路、主份嵌位电容、主份视频处理电路、主份FPGA、主备份CCD驱动时序选通公共电路、备份嵌位电容、备份视频处理电路、备份FPGA、电源以及CCD驱动信号输出端；所述CCD模拟信号输入端通过视频信号选通公共电路分别接入主份嵌位电容以及备份嵌位电容；所述主份嵌位电容依次通过 主份视频处理电路以及主份FPGA接入主备份CCD驱动时序选通公共电路；所述备份嵌位电容依次通过备份视频处理电路以及备份FPGA接入主备份CCD驱动时序选通公共电路；所述主备份CCD驱动时序选通公共电路接入CCD驱动信号输出端；所述电源与视频信号选通公共电路相连。

上述视频信号选通公共电路采用ADG201。

上述主份嵌位电容以及备份嵌位电容均是NPO电容。

上述主份视频处理电路以及备份视频处理电路均采用视频处理芯片AD9814。

上述主备份CCD驱动时序选通公共电路采用或门JM54AC32BCA。

上述电源包括公共电路电压模块、主份电压模块以及备份电压模块；所述公共电路电压模块分别与视频信号选通公共电路以及主备份CCD驱动时序选通公共电路相连；所述主份电压模块分别与主份视频处理电路以及主份FPGA相连；所述备份电压模块分别与备份视频处理电路以及备份FPGA相连。

上述公共电路电压模块、主份电压模块以及备份电压模块均采用LM117或LMZ12003。

一种基于如上所述的空间相机时序与视频处理电路的实现方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)由视频信号选通公共电路接收CCD模拟视频信号，并根据当前状态，输出主份CCD模拟信号或备份CCD模拟信号；当主份电路正常工作时，由视频信号选通公共电路输出主份CCD模拟信号，并进行步骤2)；当主份电路异常工作时，由视频信号选通公共电路切换至备份CCD模拟信号，并进行步骤2)；

2)主份CCD模拟信号或备份CCD模拟信号分别通过主份嵌位电容或备份嵌位电容，将主份CCD模拟信号或备份CCD模拟信号的复位电平嵌到主份视频处理电路或备份视频处理电路需要的电压基准上；

3)嵌位后的主份CCD模拟信号或备份CCD模拟信号分别进入主份视频处理电路或备份视频处理电路，同时接收主份FPGA或备份FPGA输出的主份视频处理控制信号或备份视频处理控制信号；输出主份数字图像数据或备份数字图像数据；

4)主份FPGA或备份FPGA接收主份数字图像数据或备份数字图像数据并进行低噪声视频处理，同时由主份FPGA或备份FPGA输出主份视频处理控制信号以及主份CCD时序驱动信号或备份视频处理控制信号以及备份CCD时序驱动信号；

5)主备份CCD驱动时序选通公共电路接收主份CCD时序驱动信号或备份CCD时序驱动信号，通过或门选通单路CCD时序驱动信号输出。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种空间相机高可靠低功耗时序与视频处理电路及实现方法，该电路由视频信号选通公共电路、主份嵌位电容、主份视频处理电路、主份FPGA、主备份CCD驱动时序选通公共电路、备份嵌位电容、备份视频处理电路、备份FPGA、公共电路电压模块、主份电压模块以及备份电压模块组成，整个时序与视频处理电路可以封装在一个小体积的机箱内。采用专用CCD信号处理器作为视频处理模块来解决传统视频处理技术采用元器件种类多，功耗大，线路板的面积和重量增加的问题；同时采用改进的冷备份方法来提高时序与视频处理板的可靠性。实现了主份或备份时序与视频处理电路均可对CCD输出的模拟视频信号进行处理，视频处理电路和FPGA电路采用了冷备份；本系统在保证高可靠性的同时避免了由于系统采用完全热备份的方式而使系统功耗增加以及采用完全冷备份方式而使线路板的面积和重量增加，进而使整机的成本增加的问题。同时为了进一步降低功耗提高可靠性视频处理电路采用专用集成视频处理器来完成。本发明具有可靠性高、体积小、重量轻、功耗低、抗干扰能力强以及设计灵活等优点。本发明解决了现有技术的高功耗、线路板面积和重量过大以使整机成本增加的问题。

附图说明

图1是本发明所提供的时序与视频处理电路的框架原理示意图；

其中：

1-视频信号选通公共电路；2-主份嵌位电容；3-主份视频处理电路；4-主份FPGA；5-主备份CCD驱动时序选通公共电路；6-备份嵌位电容；7-备份视频处理电路；8-备份FPGA；9-公共电路电压模块；10-主份电压模块；11-备份电压模 块。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种高可靠相机时序与视频处理电路，该高可靠视频处理相机电路包括：视频信号选通公共电路1、主份嵌位电容2、主份视频处理电路3、主份FPGA4、主备份CCD驱动时序选通公共电路5、备份嵌位电容6、备份视频处理电路7、备份FPGA8、公共电路电压模块9、主份电压模块10、备份电压模块11组成。

为了提高相机的可靠性，对时序与视频处理电路采用部分的冷备设计方案，不仅减小了电路板面积和重量还大大提高了电路的可靠性。

视频信号选通公共电路1：CCD输出的模拟视频信号通过同轴高频电缆接入视频信号选通公共电路，它实际上是两个分别导通的模拟开关，其模拟开关的控制信号分别由主份FPGA或备份FPGA控制输出。当主份电路工作时，主份FPGA输出主份视频信号选通控制信号，模拟开关输出主份CCD模拟信号；当主份电路工作不正常时，备份FPGA输出备份视频信号选通控制信号，通过模拟开关将CCD输出的模拟视频信号切换至备份电路工作，模拟开关输出备份CCD模拟信号，其电路实现形式可以用ADG201实现。

主份嵌位电容2：将主份CCD模拟信号的复位电平嵌到后续视频处理电路需要的电压基准上。为了减小电路复杂度，提高可靠性，视频处理采用专用视频信号处理芯片，通常专用视频信号处理芯片正常工作需要给后续电路提供一个参考嵌位电平，(即在CCD每行输出有效信号时，使CCD视频信号复位电平嵌位到某固定电平)常规情况，其实现形式为陶瓷电容，但陶瓷电容一般随稳度稳定性差，常时间工作在行逆程期间存在漏电流情况，在使每行复位电平都需要一定的建立时间；在本发明中实现形式采用具有温度特性最稳定的NPO电容，该电容温漂很小，在整个温度范围容量很稳定，漏电流小，使视频信号复位电平能稳定的嵌位到所需电平。

主份视频处理电路3：将主份CCD模拟信号进行相关双采样、可编程增益放大和A/D转化。其实现电路可采用CCD专用视频处理芯片AD9814实现，它集相关双采样、可编程增益控制、数字化偏置控制、暗电平自动校正、A/D转换功能 为一体，可同时支持3通道CCD信号处理。

主份FPGA4：视频处理控制信号产生模块，产生主份视频处理电路需要的控制信号；视频处理信号产生模块：读取主份视频处理电路输出的数字图像数据，并进行视频处理；CCD时序驱动信号产生模块：产生CCD正常工作所需时序信号。

主备份CCD驱动时序选通公共电路5：当主份电路工作时选通主份CCD驱动时序，当备份电路工作时选通备份CCD驱动时序。其实现形式是采用或门JM54AC32BCA来实现。

备份嵌位电容6：将备份CCD模拟信号的复位电平嵌到后续视频处理电路需要的电压基准上。其电路实现形式可采用陶瓷电容或NPO电容。

备份视频处理电路7：将备份CCD模拟信号进行相关双采样、可编程增益放大和A/D转化。其实现电路可采用CCD专用视频处理芯片AD9814实现，其片内集成了嵌位电路、相关双采样电路和可编程增益放大电路，可同时支持3通道CCD信号处理。

备份FPGA8：视频处理控制信号产生模块，产生备份视频处理电路需要的控制信号；视频处理信号产生模块：读取备份视频处理电路输出的数字图像数据，并进行视频处理；CCD时序信号产生模块：产生CCD正常工作所需时序信号。

公共电路电压模块9：给1视频信号选通公共电路和5主备份CCD驱动时序选通公共电路提供所需电压。其实现形式低噪声线性稳压电源可采用LM117或LMZ12003。

主份电压模块10：给主份视频处理电路3和主份FPGA4提供所需电压。其实现形式可采用LM117或LMZ12003。

备份电压模块11：给备份视频处理电路7和主份FPGA8提供所需电压。其实现形式可采用LM117或LMZ12003。

本发明还提供了一种基于如上的空间相机高可靠低功耗时序与视频处理电路的实现方法，方法包括以下步骤：

时序与视频处理电路采用部分冷备份工作方式，相机加电工作时默认时序 与视频处理主份工作，输出主份图像数据，当主份输出的图像异常时通过视频信号选通公共电路切换到时序与视频处理备份工作。

1)由视频信号选通公共电路接收CCD模拟视频信号，并根据当前状态，输出主份或备份CCD模拟信号；

2)主份或备份CCD模拟信号分别通过主份或备份嵌位电容，将主份或备份CCD模拟信号的复位电平嵌到主或备份视频处理电路需要的电压基准上；

3)嵌位后的主份或备份CCD模拟信号分别进入主份或备份视频处理电路，同时接收FPGA输出的主份或备份视频处理控制信号；输出主份或备份数字图像数据；

4)接收主份或备份数字图像数据并进行低噪声视频处理，同时输出主份或备份视频处理控制信号和CCD时序驱动信号；

5)接收主份或备份CCD时序驱动信号，通过或门选通单路CCD时序驱动信号输出。

Claims (8)

1.一种空间相机时序与视频处理电路，其特征在于：所述空间相机时序与视频处理电路包括CCD模拟信号输入端、视频信号选通公共电路、主份嵌位电容、主份视频处理电路、主份FPGA、主备份CCD驱动时序选通公共电路、备份嵌位电容、备份视频处理电路、备份FPGA、电源以及CCD驱动信号输出端；所述CCD模拟信号输入端通过视频信号选通公共电路分别接入主份嵌位电容以及备份嵌位电容；所述主份嵌位电容依次通过主份视频处理电路以及主份FPGA接入主备份CCD驱动时序选通公共电路；所述备份嵌位电容依次通过备份视频处理电路以及备份FPGA接入主备份CCD驱动时序选通公共电路；所述主备份CCD驱动时序选通公共电路接入CCD驱动信号输出端；所述电源与视频信号选通公共电路相连。

2.根据权利要求1所述的空间相机时序与视频处理电路，其特征在于：所述视频信号选通公共电路采用ADG201。

3.根据权利要求2所述的空间相机时序与视频处理电路，其特征在于：所述主份嵌位电容以及备份嵌位电容均是NPO电容。

4.根据权利要求3所述的空间相机时序与视频处理电路，其特征在于：所述主份视频处理电路以及备份视频处理电路均采用视频处理芯片AD9814。

5.根据权利要求4所述的空间相机时序与视频处理电路，其特征在于：所述主备份CCD驱动时序选通公共电路采用或门JM54AC32BCA。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的空间相机时序与视频处理电路，其特征在于：所述电源包括公共电路电压模块、主份电压模块以及备份电压模块；所述公共电路电压模块分别与视频信号选通公共电路以及主备份CCD驱动时序选通公共电路相连；所述主份电压模块分别与主份视频处理电路以及主份FPGA相连；所述备份电压模块分别与备份视频处理电路以及备份FPGA相连。

7.根据权利要求6所述的空间相机时序与视频处理电路，其特征在于：所述公共电路电压模块、主份电压模块以及备份电压模块均采用LM117或LMZ12003。

8.一种基于如权利要求7所述的空间相机时序与视频处理电路的实现方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)由视频信号选通公共电路接收CCD模拟视频信号，并根据当前状态，输出主份CCD模拟信号或备份CCD模拟信号；当主份电路正常工作时，由视频信号选通公共电路输出主份CCD模拟信号，并进行步骤2)；当主份电路异常工作时，由视频信号选通公共电路切换至备份CCD模拟信号，并进行步骤2)；

2)主份CCD模拟信号或备份CCD模拟信号分别通过主份嵌位电容或备份嵌位电容，将主份CCD模拟信号或备份CCD模拟信号的复位电平嵌到主份视频处理电路或备份视频处理电路需要的电压基准上；

3)嵌位后的主份CCD模拟信号或备份CCD模拟信号分别进入主份视频处理电路或备份视频处理电路，同时接收主份FPGA或备份FPGA输出的主份视频处理控制信号或备份视频处理控制信号；输出主份数字图像数据或备份数字图像数据；

4)主份FPGA或备份FPGA接收主份数字图像数据或备份数字图像数据并进行低噪声视频处理，同时由主份FPGA或备份FPGA输出主份视频处理控制信号以及主份CCD时序驱动信号或备份视频处理控制信号以及备份CCD时序驱动信号；

5)主备份CCD驱动时序选通公共电路接收主份CCD时序驱动信号或备份CCD时序驱动信号，通过或门选通单路CCD时序驱动信号输出。