专利名称：一种ccd信号模拟器及模拟方法
技术领域：
本发明属于航天遥感器技术领域，涉及一种CCD信号模拟器及模拟方法，可用于航天相机视频电子系统的测试。
背景技术：
CXD芯片是卫星相机视频电子系统中的关键器件。在卫星相机视频电子系统中，CCD芯片接收来自光学系统的光信号，完成光信号到电信号的转换，将转换后的电信号经过相关双采样、A/D转换等操作后转换为数字信号，传送给数字信号处理器，完成图像信号的处理及输出成像。卫星相机视频电子系统原理框图如图I所示。由于CXD对应用环境要求较高，在视频电子系统的测试过程中，有可能出现价格高昂的CCD芯片损坏的情况，造成经济损失的同时也影响了后续数字信号处理电路的测试工作，进而影响相机整体的研发周 期。增加了卫星相机视频电子系统的研发成本。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，提供了一种CCD信号模拟器及模拟方法，采用本发明可代替真实CCD芯片，模拟CCD芯片产生电信号，实现在没有CCD芯片的情况下，满足卫星相机视频电子系统测试过程中对CCD信号的需求。为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案如下一种C⑶信号模拟器，用于模拟产生C⑶芯片的输出信号，包括控制模块、存储模块、像元信号输出电路、控制信号输出电路，所述控制模块对输入的控制指令进行判断，若控制指令为数据更新指令，则将输入的图像数据存储到存储模块；若控制指令为像元输出指令，则将存储模块中的图像数据输出到像元信号输出电路，同时产生输出到像元信号输出电路的基准信号和复位信号以及输出到控制信号输出电路的行同步信号及时钟信号；所述存储模块包括Flash单元和DDR2单元，在控制指令为数据更新指令时，Flash单元存储输入的图像数据，并在存储完毕后将图像数据存储到DDR2单元中；在控制指令为像元输出指令时，DDR2单元将存储的图像数据输出；像元信号输出电路包括输出缓冲电路、D/A转换电路、I/V转换电路，输出缓冲电路对DDR2单元输出的图像数据进行缓冲，缓冲后输出到D/A转换电路，I/V转换电路将D/A转换电路产生的模拟信号转换信号电平后输出；同时将基准信号和复位信号经输出缓冲电路、D/A转换电路和I/V转换电路转换为基准电平和复位电平后输出；所述信号电平、基准电平和复位电平共同组成像元信号；控制信号输出电路对行同步信号及时钟信号驱动后输出。进一步的，所述控制模块采用FPGA实现。 进一步的，所述像元信号输出电路同时输出多路的像元信号。采用本发明所述模拟器的CCD信号的模拟方法，包括以下步骤
(I)在接收到图像更新指令时，控制模块接收输入的图像数据并输出到存储单元的Flash单元中，图像数据接收完毕之后，将Flash中的图像数据存储到DDR2中；(2)在接收到像元输出指令时，控制模块产生基准信号和复位信号并读取DDR2中的图像数据；同时控制模块产生行同步信号和像元时钟信号并输出到控制信号输出电路；(3)像元信号输出电路对图像数据、基准信号和复位信号进行D/A变换和I/V转换后分别产生信号电平、基准电平和复位电平，并将信号电平、基准电平和复位电平作为像元信号输出；控制信号输出电路对行同步信号和像元时钟信号进行驱动后输出。采用本发明所述信号模拟器或模拟方法可以不使用真实CCD芯片便可产生出符合测试要求的CCD信号，从而可以降低了卫星相机视频电子系统的测试成本。降低了卫星相机视频电子系统测试过程中对CCD芯片的依赖程度，使得在没有CCD芯片的情况下也能够完成测试任务；
本模拟器采用并行处理器件FPGA作为控制器，能够实现数据的并行处理；采用FLASH和DDR2两种存储器实现数据的存储，这种存储方式具有FLASH芯片存储数据掉电不丢失和DDR2芯片读取速度快的优势，同时与上位机之间具有通信接口电路，能够方便灵活地通过上位机发送指令以及更新图像数据。进一步的，本发明可以实现对多路CXD信号的输出能满足对多通道CXD信号的需求。
图I为卫星相机视频电子系统原理框图；图2为本发明结构示意图；图3为像元信号输出电路示意图；图4为本发明方法流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明具体实施方式
部分作进一步介绍。为满足对CCD像元信号、像元时钟信号与行同步信号的模拟输出，本发明结构如图2所示，包括控制模块、存储模块、像元信号输出电路、控制信号输出电路、接口电路和电源及配置电路。控制模块通过接口电路实现与上位机的通讯，接收来自上位机的控制指令和图像数据，将来自上位机的图像数据存入存储模块中，存储模块由Flash单元和DDR2单元组成。在控制指令为数据更新指令时，Flash单元存储输入的图像数据，并在存储完毕后将图像数据存储到DDR2单元中；在控制指令为像元输出指令时，DDR2单元将存储的图像数据输出；在接收到像元输出指令时，控制模块同时产生基准信号和复位信号并输出到像元信号输出电路，以及产生行同步信号及时钟信号并输出到控制信号输出电路。如图3所示为像元信号输出电路结构图，包括输出缓冲电路、D/A转换电路、I/V转换电路，像元信号输出电路同时对图像数据、基准信号和复位信号进行读取，输出缓冲电路对图像数据、基准信号和复位信号进行缓冲，D/A转换电路对缓冲后的图像数据、基准信号和复位信号转化为模拟信号后，由ΙΛ转换电路将图像数据、基准信号和复位信号分别转换为信号电平、基准电平和复位电平后，作为像元信号输出。控制信号输出电路对行同步信号及时钟信号驱动后输出，其中，行同步信号用于表示模拟的CCD信号中一行中像元信号的数量，时钟信号用于指示一个像元信号的时钟周期。接口电路用于实现本发明模拟器与上位机的数据通讯，控制模块利用接口电路可以接收上位机输入的图像数据。电源及配置电路用于对整个模拟器中各组成部分进行供电及配置。进一步如图4所示，为本发明方法流程图。本发明所述模拟器结合流程图根据以下步骤对CCD芯片输出信号进行模拟。(I)在接收到图像更新指令时，控制模块接收输入的图像数据并输出到存储单元 的Flash单元中，图像数据接收完毕之后，将FLASH中的图像数据存储到DDR2中；(2)在接收到像元输出指令时，控制模块产生基准信号和复位信号并读取DDR2中的像元数据；同时控制模块产生行同步信号和像元时钟信号并输出到控制信号输出电路；(3)像元信号输出电路对图像数据、基准信号和复位信号进行D/A变换和I/V转换后分别产生信号电平、基准电平和复位电平，并将信号电平、基准电平和复位电平作为像元信号输出。在本发明所述CXD信号模拟器的主要功能是模拟真实CXD像元信号的输出，即模拟输出复位电平、基准电平和信号电平满足要求的CCD像元信号。三种电平信号中，复位电平和基准电平是一个固定值，信号电平是一个变化的值，图像是通过信号电平与基准电平之间的电压差来表示的。复位电平与参考电平的产生直接通过控制模块输出给D/A转换器固定数值即可，信号电平的产生需要通过控制模块读取DDR2中图像数据的值，将该值转换为D/A转换器的数字信号后发送给D/A转换器，从而产生与图像数据一致的信号电平。要模拟的CCD信号复位电平、基准电平与参考电平在持续的时间上是I : 2 3的关系，所以在三种电平产生之后，按照时间上I : 2 3的关系将三种电平进行拼接，形成满足要求的C⑶像元信号。
实施例本发明实施例可实现16路C⑶信号的输出，控制模块以XiIinx公司Virtex系列XC5V型号FPGA实现，DDR2单元作为图像数据的缓存器，Flash芯片作为图像数据的存储器，以D/A转换芯片作为CCD模拟信号的主要输出器件。采用VHDL语言作为FPGA软件编写语言完成FPGA软件设计，FPGA软件包括Flash读写逻辑、DDR2读写逻辑、接口电路(RS-232接口)逻辑、D/A转换器控制逻辑、CCD信号发生逻辑等，各模块之间按照实现的功能进行相应的连接，最终输出满足要求的CCD像元信号，同时，FPGA软件控制FPGA输出像元时钟信号以及行同步信号，与像元信号一起为后续处理电路提供信号来源。
权利要求
1.一种CCD信号模拟器，用于模拟产生CCD芯片的输出信号，其特征在于，包括控制模块、存储模块、像元信号输出电路、控制信号输出电路， 所述控制模块对输入的控制指令进行判断，若控制指令为数据更新指令，则将输入的图像数据存储到存储模块；若控制指令为像元输出指令，则将存储模块中的图像数据输出到像元信号输出电路，同时产生输出到像元信号输出电路的基准信号和复位信号以及输出到控制信号输出电路的行同步信号及时钟信号； 所述存储t吴块包括Flash单兀和DDR2单兀，在控制指令为数据更新指令时，Flash单元存储输入的图像数据，并在存储完毕后将图像数据存储到DDR2单元中；在控制指令为像元输出指令时，DDR2单元将存储的图像数据输出； 像元信号输出电路包括输出缓冲电路、D/A转换电路、I/V转换电路，输出缓冲电路对DDR2单元输出的图像数据进行缓冲，缓冲后输出到D/A转换电路，I/V转换电路将D/A转换电路产生的模拟信号转换信号电平后输出；同时将基准信号和复位信号经输出缓冲电路、D/A转换电路和I/V转换电路转换为基准电平和复位电平后输出；所述信号电平、基准电平和复位电平共同组成像元信号； 控制信号输出电路对行同步信号及时钟信号驱动后输出。
2.如权利要求I所述的一种CCD信号模拟器，其特征在于所述控制模块采用FPGA实现。
3.如权利要求I所述的一种CCD信号模拟器，其特征在于所述像元信号输出电路同时输出多路的像兀信号。
4.一种采用权利要求I所述模拟器的CCD信号模拟方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)在接收到图像更新指令时，控制模块接收输入的图像数据并输出到存储单元的Flash单元中，图像数据接收完毕之后，将FLASH中的图像数据存储到DDR2中； (2)在接收到像元输出指令时，控制模块产生基准信号和复位信号并读取DDR2中的图像数据；同时控制模块产生行同步信号和像元时钟信号并输出到控制信号输出电路； (3)像元信号输出电路对图像数据、基准信号和复位信号进行D/A变换和I/V转换后分另Ij产生信号电平、基准电平和复位电平，并将信号电平、基准电平和复位电平作为像元信号输出；控制信号输出电路对行同步信号和像元时钟信号进行驱动后输出。
全文摘要
本发明公开了一种CCD信号模拟器，用于模拟产生CCD芯片的输出信号，包括控制模块、存储模块、像元信号输出电路、控制信号输出电路。所述控制模块对输入的控制指令进行判断，根据控制指令对输入的图像数据进行接收或产生对像元信号输出电路和控制信号输出电路的输出信号。像元信号输出电路利用输入的信号产生像元信号输出，控制信号输出电路输出行同步信号及时钟信号，同时本发明还提供了一种采用所述CCD信号模拟器的模拟方法。采用本发明可代替真实CCD芯片，模拟CCD芯片产生电信号，实现在没有CCD芯片的情况下，满足卫星相机视频电子系统测试过程中对CCD信号的需求。
文档编号H04N17/00GK102802016SQ20121029355
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者马飞, 刘琦, 尹娜, 万旻, 王鹏, 王旭 申请人:北京空间机电研究所