原子氧气辉探测仪控制系统的设计与实现

论文摘要

气辉是空间光学辐射背景中一种重要的自然发光现象,对气辉的探测在科学研究及航天方面具有广泛的应用前景。原子氧气辉探测仪是对可见光波段的氧原子绿线(557.7nm)和氧原子红线(630.0nm)的发射强度进行临边探测,为科学研究提供重要的观测数据。我们设计的原子氧气辉探测仪包括光学系统、探测器系统和电子学系统三部分,其中电子学系统中的控制系统设计对整个仪器设计具有重要意义,是探测仪能否正常工作的重要组成部分。本文主要工作是进行探测仪控制系统部分的研制。在原子氧气辉探测仪原理样机的研制中,探测仪控制系统是其核心部分之一,其主要功能是对CCD器件探测到的图像信号进行处理,并将其数字化后传输到计算机进行存储。本文详细介绍了课题的背景和国内外研究现状,详细介绍了探测仪的系统组成部分。从帧转移型面阵CCD的工作原理入手,论述了CCD输出噪声的种类和消除方法,特别是结合CCD的KTC噪声特性,采用相关双采样技术来抑制其噪声干扰,并将其应用到控制系统的硬件电路设计中。设计了探测仪控制系统的硬件电路,通过信号处理模块对CCD输出信号进行放大和相关双采样去噪,模数转换模块对信号进行数字化处理,DSP对系统进行控制使其正常工作并传输数据。对系统的软件设计过程和相关子程序进行了介绍,并对整个系统进行了调试。最后,对现阶段的工作进行了总结并提出了改进的建议,作为下一步工作的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题背景
• 1.3 国内外研究状况
• 1.4 选题意义
• 第二章 原子氧气辉探测仪简介
• 2.1 引言
• 2.2 原子氧气辉探测仪系统组成
• 2.3 光学系统
• 2.4 探测器系统
• 2.5 电子学系统
• 2.6 仪器的科学任务与技术指标
• 2.7 小结
• 第三章 CCD 相关知识及噪声分析处理
• 3.1 引言
• 3.2 CCD 结构及工作原理
• 3.2.1 CCD 的MOS 结构
• 3.2.2 光电荷的产生和存储
• 3.2.3 光电荷的传输和转移
• 3.2.4 光电荷的检测
• 3.3 CCD 器件的分类
• 3.4 CCD 器件驱动电路
• 3.5 CCD 噪声分析与处理
• 3.6 小结
• 第四章 探测仪控制系统的设计实现
• 4.1 引言
• 4.2 探测仪控制系统的组成
• 4.3 信号处理电路设计
• 4.4 AD 转换电路设计
• 4.5 DSP 控制系统的设计
• 4.5.1 TMS320F240 DSP 芯片的功能与特点
• 4.5.2 TMS320F240 的时钟电路
• 4.5.3 JTAG 接口电路
• 4.5.4 DSP 存储器扩展电路
• 4.5.5 SCI 串行通信接口电路
• 4.6 印刷电路板的设计
• 4.7 控制系统软件设计
• 4.7.1 系统软件设计流程图
• 4.7.2 系统初始化子程序
• 4.7.3 AD 转换子程序
• 4.7.4 SCI 通讯子程序
• 4.7.5 命令文件的编写
• 4.8 系统调试
• 4.9 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢