專利名稱：一種ccd信號(hào)模擬器及模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天遙感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種CCD信號(hào)模擬器及模擬方法，可用于航天相機(jī)視頻電子系統(tǒng)的測(cè)試。
背景技術(shù)：
CXD芯片是衛(wèi)星相機(jī)視頻電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件。在衛(wèi)星相機(jī)視頻電子系統(tǒng)中，CCD芯片接收來自光學(xué)系統(tǒng)的光信號(hào)，完成光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)過相關(guān)雙采樣、A/D轉(zhuǎn)換等操作后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳送給數(shù)字信號(hào)處理器，完成圖像信號(hào)的處理及輸出成像。衛(wèi)星相機(jī)視頻電子系統(tǒng)原理框圖如圖I所示。由于CXD對(duì)應(yīng)用環(huán)境要求較高，在視頻電子系統(tǒng)的測(cè)試過程中，有可能出現(xiàn)價(jià)格高昂的CCD芯片損壞的情況，造成經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)也影響了后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理電路的測(cè)試工作，進(jìn)而影響相機(jī)整體的研發(fā)周 期。增加了衛(wèi)星相機(jī)視頻電子系統(tǒng)的研發(fā)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種CCD信號(hào)模擬器及模擬方法，采用本發(fā)明可代替真實(shí)CCD芯片，模擬CCD芯片產(chǎn)生電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在沒有CCD芯片的情況下，滿足衛(wèi)星相機(jī)視頻電子系統(tǒng)測(cè)試過程中對(duì)CCD信號(hào)的需求。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種C⑶信號(hào)模擬器，用于模擬產(chǎn)生C⑶芯片的輸出信號(hào)，包括控制模塊、存儲(chǔ)模塊、像元信號(hào)輸出電路、控制信號(hào)輸出電路，所述控制模塊對(duì)輸入的控制指令進(jìn)行判斷，若控制指令為數(shù)據(jù)更新指令，則將輸入的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)模塊；若控制指令為像元輸出指令，則將存儲(chǔ)模塊中的圖像數(shù)據(jù)輸出到像元信號(hào)輸出電路，同時(shí)產(chǎn)生輸出到像元信號(hào)輸出電路的基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)以及輸出到控制信號(hào)輸出電路的行同步信號(hào)及時(shí)鐘信號(hào)；所述存儲(chǔ)模塊包括Flash單元和DDR2單元，在控制指令為數(shù)據(jù)更新指令時(shí)，F(xiàn)lash單元存儲(chǔ)輸入的圖像數(shù)據(jù)，并在存儲(chǔ)完畢后將圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DDR2單元中；在控制指令為像元輸出指令時(shí)，DDR2單元將存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)輸出；像元信號(hào)輸出電路包括輸出緩沖電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、I/V轉(zhuǎn)換電路，輸出緩沖電路對(duì)DDR2單元輸出的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，緩沖后輸出到D/A轉(zhuǎn)換電路，I/V轉(zhuǎn)換電路將D/A轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)電平后輸出；同時(shí)將基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)經(jīng)輸出緩沖電路、D/A轉(zhuǎn)換電路和I/V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為基準(zhǔn)電平和復(fù)位電平后輸出；所述信號(hào)電平、基準(zhǔn)電平和復(fù)位電平共同組成像元信號(hào)；控制信號(hào)輸出電路對(duì)行同步信號(hào)及時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)后輸出。進(jìn)一步的，所述控制模塊采用FPGA實(shí)現(xiàn)。 進(jìn)一步的，所述像元信號(hào)輸出電路同時(shí)輸出多路的像元信號(hào)。采用本發(fā)明所述模擬器的CCD信號(hào)的模擬方法，包括以下步驟
(I)在接收到圖像更新指令時(shí)，控制模塊接收輸入的圖像數(shù)據(jù)并輸出到存儲(chǔ)單元的Flash單元中，圖像數(shù)據(jù)接收完畢之后，將Flash中的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DDR2中；(2)在接收到像元輸出指令時(shí)，控制模塊產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)并讀取DDR2中的圖像數(shù)據(jù)；同時(shí)控制模塊產(chǎn)生行同步信號(hào)和像元時(shí)鐘信號(hào)并輸出到控制信號(hào)輸出電路；(3)像元信號(hào)輸出電路對(duì)圖像數(shù)據(jù)、基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)進(jìn)行D/A變換和I/V轉(zhuǎn)換后分別產(chǎn)生信號(hào)電平、基準(zhǔn)電平和復(fù)位電平，并將信號(hào)電平、基準(zhǔn)電平和復(fù)位電平作為像元信號(hào)輸出；控制信號(hào)輸出電路對(duì)行同步信號(hào)和像元時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)后輸出。采用本發(fā)明所述信號(hào)模擬器或模擬方法可以不使用真實(shí)CCD芯片便可產(chǎn)生出符合測(cè)試要求的CCD信號(hào)，從而可以降低了衛(wèi)星相機(jī)視頻電子系統(tǒng)的測(cè)試成本。降低了衛(wèi)星相機(jī)視頻電子系統(tǒng)測(cè)試過程中對(duì)CCD芯片的依賴程度，使得在沒有CCD芯片的情況下也能夠完成測(cè)試任務(wù)；
本模擬器采用并行處理器件FPGA作為控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的并行處理；采用FLASH和DDR2兩種存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，這種存儲(chǔ)方式具有FLASH芯片存儲(chǔ)數(shù)據(jù)掉電不丟失和DDR2芯片讀取速度快的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)與上位機(jī)之間具有通信接口電路，能夠方便靈活地通過上位機(jī)發(fā)送指令以及更新圖像數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多路CXD信號(hào)的輸出能滿足對(duì)多通道CXD信號(hào)的需求。


圖I為衛(wèi)星相機(jī)視頻電子系統(tǒng)原理框圖；圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為像元信號(hào)輸出電路示意圖；圖4為本發(fā)明方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
部分作進(jìn)一步介紹。為滿足對(duì)CCD像元信號(hào)、像元時(shí)鐘信號(hào)與行同步信號(hào)的模擬輸出，本發(fā)明結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括控制模塊、存儲(chǔ)模塊、像元信號(hào)輸出電路、控制信號(hào)輸出電路、接口電路和電源及配置電路?？刂颇K通過接口電路實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊，接收來自上位機(jī)的控制指令和圖像數(shù)據(jù)，將來自上位機(jī)的圖像數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)模塊中，存儲(chǔ)模塊由Flash單元和DDR2單元組成。在控制指令為數(shù)據(jù)更新指令時(shí)，F(xiàn)lash單元存儲(chǔ)輸入的圖像數(shù)據(jù)，并在存儲(chǔ)完畢后將圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DDR2單元中；在控制指令為像元輸出指令時(shí)，DDR2單元將存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)輸出；在接收到像元輸出指令時(shí)，控制模塊同時(shí)產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)并輸出到像元信號(hào)輸出電路，以及產(chǎn)生行同步信號(hào)及時(shí)鐘信號(hào)并輸出到控制信號(hào)輸出電路。如圖3所示為像元信號(hào)輸出電路結(jié)構(gòu)圖，包括輸出緩沖電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、I/V轉(zhuǎn)換電路，像元信號(hào)輸出電路同時(shí)對(duì)圖像數(shù)據(jù)、基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)進(jìn)行讀取，輸出緩沖電路對(duì)圖像數(shù)據(jù)、基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)進(jìn)行緩沖，D/A轉(zhuǎn)換電路對(duì)緩沖后的圖像數(shù)據(jù)、基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)后，由ΙΛ轉(zhuǎn)換電路將圖像數(shù)據(jù)、基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為信號(hào)電平、基準(zhǔn)電平和復(fù)位電平后，作為像元信號(hào)輸出?？刂菩盘?hào)輸出電路對(duì)行同步信號(hào)及時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)后輸出，其中，行同步信號(hào)用于表示模擬的CCD信號(hào)中一行中像元信號(hào)的數(shù)量，時(shí)鐘信號(hào)用于指示一個(gè)像元信號(hào)的時(shí)鐘周期。接口電路用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明模擬器與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，控制模塊利用接口電路可以接收上位機(jī)輸入的圖像數(shù)據(jù)。電源及配置電路用于對(duì)整個(gè)模擬器中各組成部分進(jìn)行供電及配置。進(jìn)一步如圖4所示，為本發(fā)明方法流程圖。本發(fā)明所述模擬器結(jié)合流程圖根據(jù)以下步驟對(duì)CCD芯片輸出信號(hào)進(jìn)行模擬。(I)在接收到圖像更新指令時(shí)，控制模塊接收輸入的圖像數(shù)據(jù)并輸出到存儲(chǔ)單元 的Flash單元中，圖像數(shù)據(jù)接收完畢之后，將FLASH中的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DDR2中；(2)在接收到像元輸出指令時(shí)，控制模塊產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)并讀取DDR2中的像元數(shù)據(jù)；同時(shí)控制模塊產(chǎn)生行同步信號(hào)和像元時(shí)鐘信號(hào)并輸出到控制信號(hào)輸出電路；(3)像元信號(hào)輸出電路對(duì)圖像數(shù)據(jù)、基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)進(jìn)行D/A變換和I/V轉(zhuǎn)換后分別產(chǎn)生信號(hào)電平、基準(zhǔn)電平和復(fù)位電平，并將信號(hào)電平、基準(zhǔn)電平和復(fù)位電平作為像元信號(hào)輸出。在本發(fā)明所述CXD信號(hào)模擬器的主要功能是模擬真實(shí)CXD像元信號(hào)的輸出，即模擬輸出復(fù)位電平、基準(zhǔn)電平和信號(hào)電平滿足要求的CCD像元信號(hào)。三種電平信號(hào)中，復(fù)位電平和基準(zhǔn)電平是一個(gè)固定值，信號(hào)電平是一個(gè)變化的值，圖像是通過信號(hào)電平與基準(zhǔn)電平之間的電壓差來表示的。復(fù)位電平與參考電平的產(chǎn)生直接通過控制模塊輸出給D/A轉(zhuǎn)換器固定數(shù)值即可，信號(hào)電平的產(chǎn)生需要通過控制模塊讀取DDR2中圖像數(shù)據(jù)的值，將該值轉(zhuǎn)換為D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)后發(fā)送給D/A轉(zhuǎn)換器，從而產(chǎn)生與圖像數(shù)據(jù)一致的信號(hào)電平。要模擬的CCD信號(hào)復(fù)位電平、基準(zhǔn)電平與參考電平在持續(xù)的時(shí)間上是I : 2 3的關(guān)系，所以在三種電平產(chǎn)生之后，按照時(shí)間上I : 2 3的關(guān)系將三種電平進(jìn)行拼接，形成滿足要求的C⑶像元信號(hào)。
實(shí)施例本發(fā)明實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)16路C⑶信號(hào)的輸出，控制模塊以XiIinx公司Virtex系列XC5V型號(hào)FPGA實(shí)現(xiàn)，DDR2單元作為圖像數(shù)據(jù)的緩存器，F(xiàn)lash芯片作為圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，以D/A轉(zhuǎn)換芯片作為CCD模擬信號(hào)的主要輸出器件。采用VHDL語言作為FPGA軟件編寫語言完成FPGA軟件設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA軟件包括Flash讀寫邏輯、DDR2讀寫邏輯、接口電路(RS-232接口)邏輯、D/A轉(zhuǎn)換器控制邏輯、CCD信號(hào)發(fā)生邏輯等，各模塊之間按照實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行相應(yīng)的連接，最終輸出滿足要求的CCD像元信號(hào)，同時(shí)，F(xiàn)PGA軟件控制FPGA輸出像元時(shí)鐘信號(hào)以及行同步信號(hào)，與像元信號(hào)一起為后續(xù)處理電路提供信號(hào)來源。
權(quán)利要求
1.一種CCD信號(hào)模擬器，用于模擬產(chǎn)生CCD芯片的輸出信號(hào)，其特征在于，包括控制模塊、存儲(chǔ)模塊、像元信號(hào)輸出電路、控制信號(hào)輸出電路， 所述控制模塊對(duì)輸入的控制指令進(jìn)行判斷，若控制指令為數(shù)據(jù)更新指令，則將輸入的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)模塊；若控制指令為像元輸出指令，則將存儲(chǔ)模塊中的圖像數(shù)據(jù)輸出到像元信號(hào)輸出電路，同時(shí)產(chǎn)生輸出到像元信號(hào)輸出電路的基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)以及輸出到控制信號(hào)輸出電路的行同步信號(hào)及時(shí)鐘信號(hào)； 所述存儲(chǔ)t吳塊包括Flash單兀和DDR2單兀，在控制指令為數(shù)據(jù)更新指令時(shí)，F(xiàn)lash單元存儲(chǔ)輸入的圖像數(shù)據(jù)，并在存儲(chǔ)完畢后將圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DDR2單元中；在控制指令為像元輸出指令時(shí)，DDR2單元將存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)輸出； 像元信號(hào)輸出電路包括輸出緩沖電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、I/V轉(zhuǎn)換電路，輸出緩沖電路對(duì)DDR2單元輸出的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，緩沖后輸出到D/A轉(zhuǎn)換電路，I/V轉(zhuǎn)換電路將D/A轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)電平后輸出；同時(shí)將基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)經(jīng)輸出緩沖電路、D/A轉(zhuǎn)換電路和I/V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為基準(zhǔn)電平和復(fù)位電平后輸出；所述信號(hào)電平、基準(zhǔn)電平和復(fù)位電平共同組成像元信號(hào)； 控制信號(hào)輸出電路對(duì)行同步信號(hào)及時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)后輸出。
2.如權(quán)利要求I所述的一種CCD信號(hào)模擬器，其特征在于所述控制模塊采用FPGA實(shí)現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求I所述的一種CCD信號(hào)模擬器，其特征在于所述像元信號(hào)輸出電路同時(shí)輸出多路的像兀信號(hào)。
4.一種采用權(quán)利要求I所述模擬器的CCD信號(hào)模擬方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)在接收到圖像更新指令時(shí)，控制模塊接收輸入的圖像數(shù)據(jù)并輸出到存儲(chǔ)單元的Flash單元中，圖像數(shù)據(jù)接收完畢之后，將FLASH中的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DDR2中； (2)在接收到像元輸出指令時(shí)，控制模塊產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)并讀取DDR2中的圖像數(shù)據(jù)；同時(shí)控制模塊產(chǎn)生行同步信號(hào)和像元時(shí)鐘信號(hào)并輸出到控制信號(hào)輸出電路； (3)像元信號(hào)輸出電路對(duì)圖像數(shù)據(jù)、基準(zhǔn)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)進(jìn)行D/A變換和I/V轉(zhuǎn)換后分另Ij產(chǎn)生信號(hào)電平、基準(zhǔn)電平和復(fù)位電平，并將信號(hào)電平、基準(zhǔn)電平和復(fù)位電平作為像元信號(hào)輸出；控制信號(hào)輸出電路對(duì)行同步信號(hào)和像元時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)后輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CCD信號(hào)模擬器，用于模擬產(chǎn)生CCD芯片的輸出信號(hào)，包括控制模塊、存儲(chǔ)模塊、像元信號(hào)輸出電路、控制信號(hào)輸出電路。所述控制模塊對(duì)輸入的控制指令進(jìn)行判斷，根據(jù)控制指令對(duì)輸入的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行接收或產(chǎn)生對(duì)像元信號(hào)輸出電路和控制信號(hào)輸出電路的輸出信號(hào)。像元信號(hào)輸出電路利用輸入的信號(hào)產(chǎn)生像元信號(hào)輸出，控制信號(hào)輸出電路輸出行同步信號(hào)及時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)本發(fā)明還提供了一種采用所述CCD信號(hào)模擬器的模擬方法。采用本發(fā)明可代替真實(shí)CCD芯片，模擬CCD芯片產(chǎn)生電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在沒有CCD芯片的情況下，滿足衛(wèi)星相機(jī)視頻電子系統(tǒng)測(cè)試過程中對(duì)CCD信號(hào)的需求。
文檔編號(hào)H04N17/00GK102802016SQ20121029355
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者馬飛, 劉琦, 尹娜, 萬旻, 王鵬, 王旭 申請(qǐng)人:北京空間機(jī)電研究所