前言
前 言 空間光學(xué)遙感器是裝載在人造地球衛(wèi)星、飛船等航天器平臺(tái)上, 對地球和太陽系其他星球及系外深空進(jìn)行探測的儀器,是航天器及 時(shí)獲取信息的重要儀器,得到世界各國的高度重視.典型的空間光 學(xué)遙感,由來自目標(biāo)的電磁輻射穿過介質(zhì)進(jìn)入空間光學(xué)遙感器鏡頭, 經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和處理變成數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式傳回地面,通 過數(shù)據(jù)處理及分析 (解譯)獲取目標(biāo)信息.空間光學(xué)遙感器的發(fā)展 在于追求極致的精度和高分辨率,這與新型光電探測技術(shù)、新光電 器件以及信息處理等技術(shù)密切相關(guān). 本書的重點(diǎn)是空間光學(xué)遙感器的光電探測及控制,從光電探測 技術(shù)基礎(chǔ)理論出發(fā),對光電探測器驅(qū)動(dòng)與信號(hào)處理,信號(hào)采樣與數(shù) 字化理論及設(shè)計(jì),星上數(shù)據(jù)處理技術(shù),光電和光機(jī)控制技術(shù)以及電 磁兼容技術(shù)等進(jìn)行了闡述,最后對光電探測及控制系統(tǒng)的空間適應(yīng) 性進(jìn)行了分析,并對其測試與評價(jià)體系進(jìn)行了全面說明.本書主要 為從事空間光學(xué)遙感器研制的光電專業(yè)技術(shù)人員以及本方向的高校 學(xué)生提供參考. 全書共９章.第１章,主要介紹遙感器光電探測系統(tǒng)的總體框 架;第２章,主要介紹光電探測物理基礎(chǔ)及探測器件;第３章描述 CCD、紅外及單光子探測器及其處理電路的設(shè)計(jì);第４章,介紹了 信號(hào)采樣與數(shù)字化理論基礎(chǔ)以及各類探測器采集及傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方法; 第５章,對星上預(yù)處理技術(shù)、智能云檢測技術(shù)等進(jìn)行描述;第６章, 對光電探測系統(tǒng)的測試及評價(jià)要素分９項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)闡述;第７章,
Ⅱ分別介紹了控制系統(tǒng)的分類、組成及各類型控制技術(shù)的性能評測方 法;第８章、第９章分別從電磁兼容性及空間適應(yīng)性方面分析了光 電探測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素. 本書以王小勇為主撰寫.其中郭崇嶺負(fù)責(zé)第１章統(tǒng)稿,第２章 由吳淞波統(tǒng)稿,第３章由董龍、薄姝撰寫,第４章由榮鵬、程蕓撰 寫,第５章由武文波、李春梅撰寫,第６章由李春梅、董書莉撰寫, 第７章由宋莉撰寫,第８章由蘇浩航撰寫,第９章由趙宇、武永見、 趙野撰寫. 本書的出版得到了北京空間機(jī)電研究所領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)和鼎力支持, 作者在此表示誠摯的謝意.由于本書涉及的知識(shí)面較廣,限于作者 水平,難免會(huì)有一些疏漏和不足之處,懇請讀者批評指正.作 者 ２０２０年１０月
第1章緒論1
1.1空間光學(xué)遙感器概述1
1.2空間光學(xué)遙感器光電探測系統(tǒng)簡述2
1.2.1光電探測系統(tǒng)概論2
1.2.2光電探測系統(tǒng)總體框架4
參考文獻(xiàn)9
第2章光電探測技術(shù)基礎(chǔ)10
2.1光電探測物理基礎(chǔ)10
2.1.1不同譜段的光電轉(zhuǎn)換的原理10
2.1.2不同物質(zhì)、材料感光特性12
2.2光電探測器件17
2.2.1可見光CCD探測器17
2.2.2可見光CMOS探測器50
2.2.3紅外探測器組件62
2.2.4單光子雪崩光電二極管（SPAD）80
2.3光電探測系統(tǒng)原理及基本組成85
參考文獻(xiàn)86
第3章光電探測器驅(qū)動(dòng)與信號(hào)處理（焦平面FPA）88
3.1CCD探測器驅(qū)動(dòng)與模擬信號(hào)處理88
3.1.1典型CCD探測器成像電路組成88
3.1.2CCD探測器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)88
3.1.3CCD探測器模擬信號(hào)處理108
3.1.4CCD探測器電源設(shè)計(jì)110
3.1.5CCD探測器驅(qū)動(dòng)與模擬信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)舉例115
3.2紅外探測器驅(qū)動(dòng)與模擬信號(hào)處理118
3.2.1紅外探測器驅(qū)動(dòng)與模擬信號(hào)的特點(diǎn)118
3.2.2紅外探測器驅(qū)動(dòng)與模擬信號(hào)處理電路的典型
組成119
3.2.3偏置電壓的產(chǎn)生119
3.2.4時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生122
3.2.5模擬信號(hào)的調(diào)理123
3.2.6應(yīng)用設(shè)計(jì)舉例125
3.3單光子探測器及焦面電路133
3.3.1SiAPD及其驅(qū)動(dòng)電路134
3.3.2偏置電壓調(diào)節(jié)電路141
3.3.3前置放大電路145
3.3.4主放大電路153
參考文獻(xiàn)159
第4章信號(hào)采樣與數(shù)字化161
4.1信號(hào)采樣與數(shù)字化理論概述161
4.1.1采樣定理161
4.1.2采樣保持163
4.1.3噪聲的種類和分布165
4.1.4均方根噪聲與信噪比168
4.1.5無噪聲碼分辨率和有效分辨率168
4.1.6濾波器169
4.2CCD的采集與數(shù)字化176
4.2.1CCD信號(hào)采集與雙采樣理論176
4.2.2CCD信號(hào)通道帶寬設(shè)計(jì)178
4.2.3CCD模擬信號(hào)傳輸179
4.3紅外探測信號(hào)的采樣和數(shù)字化182
4.3.1紅外探測信號(hào)的采集182
4.3.2紅外信號(hào)通道帶寬設(shè)計(jì)183
4.3.3紅外模擬信號(hào)傳輸184
4.4單光子探測信號(hào)的采集和數(shù)字化187
4.4.1單光子探測信號(hào)的采集187
4.4.2單光子信號(hào)通道帶寬設(shè)計(jì)189
4.4.3單光子模擬信號(hào)傳輸190
4.5高速數(shù)字圖像傳輸190
4.5.1CCD圖像高速數(shù)字傳輸190
4.5.2紅外圖像數(shù)字傳輸194
4.5.3單光子點(diǎn)云數(shù)據(jù)傳輸197
參考文獻(xiàn)198
第5章星上數(shù)據(jù)處理技術(shù)199
5.1遙感器星上處理技術(shù)概述199
5.2星上遙感器預(yù)處理技術(shù)200
5.2.1星上遙感數(shù)據(jù)輻射校正技術(shù)201
5.2.2星上成像參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)206
5.2.3星上圖像增強(qiáng)技術(shù)209
5.2.4星上圖像HDR技術(shù)212
5.3星上云檢測技術(shù)218
5.3.1基于閾值法的云圖像分割218
5.3.2基于光譜特征的云檢測技術(shù)221
5.4星上瞬態(tài)點(diǎn)目標(biāo)（閃電）檢測識(shí)別技術(shù)222
5.5基于深度網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的遙感目標(biāo)檢測技術(shù)225
5.5.1遙感目標(biāo)檢測特點(diǎn)225
5.5.2卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理及實(shí)現(xiàn)227
5.5.3基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的遙感目標(biāo)檢測233
5.6星上數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)236
5.6.1星上JPEG2000壓縮技術(shù)237
5.6.2星上視頻壓縮編碼241
5.6.3圖像壓縮質(zhì)量評價(jià)243
5.6.4星上壓縮技術(shù)未來發(fā)展247
5.7星上數(shù)據(jù)處理平臺(tái)技術(shù)249
5.7.1星上處理資源分析249
5.7.2數(shù)據(jù)處理通用框架設(shè)計(jì)251
5.7.3星載瞬態(tài)點(diǎn)目標(biāo)（閃電）檢測設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)257
5.7.4基于專用壓縮芯片的壓縮編碼處理設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)261
5.7.5遙感目標(biāo)實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)264
參考文獻(xiàn)275
第6章光電探測系統(tǒng)測試與評價(jià)278
6.1光電響應(yīng)非線性度和滿阱279
6.1.1定義及物理意義279
6.1.2測試方法279
6.1.3數(shù)據(jù)處理280
6.2增益線性度281
6.2.1定義及物理意義281
6.2.2測試方法282
6.2.3數(shù)據(jù)處理282
6.3穩(wěn)定性283
6.3.1定義及物理意義283
6.3.2測試方法284
6.3.3數(shù)據(jù)處理方法284
6.4信噪比287
6.4.1定義及物理意義287
6.4.2測試方法288
6.4.3數(shù)據(jù)處理288
6.5暗信號(hào)290
6.5.1定義及物理意義290
6.5.2測試方法290
6.5.3數(shù)據(jù)處理290
6.6像元非均勻性295
6.6.1定義及物理意義295
6.6.2測試方法295
6.6.3數(shù)據(jù)處理295
6.7動(dòng)態(tài)范圍296
6.7.1定義及物理意義296
6.7.2測試方法296
6.7.3數(shù)據(jù)處理297
6.8異常像元297
6.8.1定義及物理意義297
6.8.2測試方法298
6.8.3數(shù)據(jù)處理298
6.9紅外噪聲等效溫差298
6.9.1定義與物理意義298
6.9.2測試方法 299
6.9.3數(shù)據(jù)處理299
參考文獻(xiàn)300
第7章空間光學(xué)遙感器控制技術(shù)302
7.1空間光學(xué)遙感器控制系統(tǒng)概述302
7.2空間光學(xué)遙感器控制系統(tǒng)的分類與組成302
7.2.1測量元件304
7.2.2執(zhí)行元件308
7.2.3控制器310
7.3光束指向控制技術(shù)及性能評測方法311
7.3.1光束指向控制技術(shù)311
7.3.2光束指向控制系統(tǒng)的性能評測方法318
7.4光束掃描控制技術(shù)及性能評測方法321
7.4.1掃描鏡的光束掃描控制技術(shù)321
7.4.2望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的掃描控制技術(shù)326
7.4.3光束掃描控制系統(tǒng)的性能評測方法329
7.5光束跟瞄控制技術(shù)及性能評測方法334
7.5.1光束跟瞄控制技術(shù)334
7.5.2光電穩(wěn)定平臺(tái)目標(biāo)跟蹤試驗(yàn)344
7.5.3光束跟瞄控制系統(tǒng)的性能評測方法347
7.6光束質(zhì)量調(diào)整控制技術(shù)349
7.6.1光機(jī)穩(wěn)定成像及其復(fù)合控制技術(shù)349
7.6.2自適應(yīng)成像控制技術(shù)357
7.7小結(jié)374
參考文獻(xiàn)376
第8章電磁兼容性設(shè)計(jì)378
8.1空間光學(xué)遙感器EMC問題特殊性379
8.2遙感器的EMC設(shè)計(jì)382
8.2.1濾波設(shè)計(jì)384
8.2.2電纜設(shè)計(jì)386
8.2.3接地和搭接設(shè)計(jì)387
8.2.4屏蔽設(shè)計(jì)390
8.2.5PCB EMC設(shè)計(jì)394
8.3遙感器EMC試驗(yàn)及預(yù)測403
8.3.1遙感器EMC試驗(yàn)403
8.3.2遙感器EMC預(yù)測404
參考文獻(xiàn)406
第9章空間適應(yīng)性設(shè)計(jì)與分析407
9.1概述407
9.2電子學(xué)熱設(shè)計(jì)與熱分析407
9.2.1遙感器電子設(shè)備熱環(huán)境408
9.2.2熱設(shè)計(jì)方法414
9.2.3熱分析方法420
9.3抗輻照設(shè)計(jì)424
9.3.1自然空間輻照環(huán)境424
9.3.2光學(xué)遙感器輻照效應(yīng)425
9.3.3空間抗輻照技術(shù)427
9.4材料放氣和污染對相機(jī)的影響430
9.5表面冷焊的影響430
9.6遙感器充電與放電431
9.6.1真空放電431
9.6.2微放電431
9.6.3表面靜電充放電432
9.6.4體內(nèi)放電432
參考文獻(xiàn)433
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