МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИНТЕГРАЛЬНЫЙ БЛОК ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ Российский патент 2012 года по МПК G03B37/00 

Изобретение относится к оптико-электронным системам дистанционного зондирования подстилающей поверхности, в частности к бортовым оптическим комплексам дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) космических летательных аппаратов, и может быть использовано в бортовых системах дистанционного зондирования подстилающей поверхности.

Известен многоканальный блок оптико-электронного преобразования (ОЭП) прибора HiRISE космического аппарата для исследования Марсианской поверхности, содержащий узел фокальной плоскости с установленными на нем в шахматном порядке двумя рядами матричных фотоприемников с зарядовой связью (ФПЗС матриц), соединенных посредством проводных жгутов и разъемных соединений с отдельно стоящим электронным блоком, предназначенным для тактового питания ФПЗС матриц, обработки и упаковки видеоинформации [1].

Недостатком данного многоканального блока оптико-электронного преобразования является то, что функции управления тактовым питанием ФПЗС матриц и цифровой обработки и упаковки видеоинформации выполняются отдельным электронным блоком, что приводит к увеличению размеров и массы оптико-электронной системы.

Известен многоканальный блок оптико-электронного преобразования, содержащий узел фокальной плоскости с установленными на нем в шахматном порядке двумя рядами ФПЗС матриц, электрически связанных с ячейками тактового питания и ячейками аналого-цифровой обработки и попиксельного уплотнения видеосигналов, установленными с двух сторон основной рамы блока, и с установленными на основной раме блока за пределами габаритов фотозоны блока ячейками управления блоком, и установленными на дополнительной раме блока ячейками фильтров электропитания и ячейками выходных передатчиков, причем дополнительная рама блока механически связана с основной рамой блока и является ее продолжением, а все внешние соединители установлены в торцевой части дополнительной рамы блока [2].

Недостатком данного многоканального блока оптико-электронного преобразования является неполная обработка видеоинформации, связанная с передачей попиксельно уплотненных потоков видеоинформации в блоки вторичной цифровой обработки, при этом основная часть функций цифровой обработки и упаковки выполняется вне блока оптико-электронного преобразования, в блоках сжатия и упаковки видеоинформации, а сам многоканальный блок оптико-электронного преобразования не является функционально законченным устройством системы. Это приводит к большому количеству передатчиков межблочных линий связи, большим размерам и массе блока, значительному количеству межъячеечных и внешних соединителей, кроме того, весь межъячеечный и межблочный монтаж выполнен проводными жгутами, что приводит к большой трудоемкости изготовления и большим габаритным размерам и массе блоков и комплекса бортовой аппаратуры ДЗЗ в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является, взятый нами за прототип, многоканальный интегральный блок оптико-электронного преобразования, содержащий узел фокальной плоскости с установленными на нем в шахматном порядке двумя рядами ФПЗС матриц, электрически связанных с ячейками тактового питания и ячейками аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов, установленными с двух сторон основной рамы блока, основную и резервную ячейки управления блоком, установленные на основной раме блока за пределами габаритов фотозоны блока, и установленные на дополнительной раме ячейки фильтров электропитания блока, при этом все межъячеечные связи выполнены проводными жгутами, причем дополнительная рама блока механически связана с основной рамой и является ее продолжением, а все внешние соединители установлены на дополнительной раме в торцевой ее части, противоположной по отношению к узлу фотозоны блока и параллельной ей [3].

Данный блок имеет большие габаритные размеры и массу, обусловленные наличием отделяемой в процессе регулировки блока дополнительной рамы с установленными на ней ячейками фильтров электропитания и внешними соединителями, а также значительной длиной жгутов проводных межъячеечных линий связи, обусловленной расположением ячеек управления на основной раме за пределами габаритов фотозоны блока, что приводит к увеличению количества межъячеечных соединителей многоканального интегрального блока оптико-электронного преобразования и существенному увеличению трудоемкости его изготовления, монтажа и регулировки блока.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления многоканального блока оптико-электронного преобразования, сокращение длины межъячеечных линий связей в блоке, уменьшение его массы, объема и увеличение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном многоканальном интегральном блоке оптико-электронного преобразования, содержащем узел фокальной плоскости с установленными на нем в шахматном порядке двумя рядами ФПЗС матриц, электрически связанных с ячейками тактового питания, установленными с двух сторон рамы, ячейки аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов, входы которых соединены с регистровыми выходами ФПЗС матриц, основную и резервную ячейки управления блоком располагают с противоположных сторон рамы с взаимным перекрытием и электрическими связями в центральной зоне рамы, межъячеечные связи выполняют через пары соединителей, установленных на основной и резервной ячейках управления блоком со стороны рамы, при этом один соединитель из пары может быть вилкой, а второй розеткой, электрические связи между ячейками управления и ячейками тактового питания могут осуществляться через дополнительно введенные пары межъячеечных соединителей, установленных на ячейках управления и ячейках тактового питания, а электрические связи между ячейками тактового питания и ячейками аналого-цифровой обработки видеосигналов могут осуществляться через дополнительно введенные пары межъячеечных соединителей, установленных на ячейках тактового питания и ячейках аналого-цифровой обработки видеосигналов, все электрические связи между ячейками управления и ячейками аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов могут осуществляться через пары соединителей соответствующих им ячеек тактового питания, а внешние связи ячеек многоканального блока оптико-электронного преобразования могут осуществляться через соединители, расположенные с противоположных боковых торцевых поверхностей блока, перпендикулярных его раме, а элементы выходных линий передачи информации могут быть выполнены волоконно-оптическими. Кроме того, ячейки аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов могут быть объединены в одну ячейку с ячейками тактового питания.

Применение предлагаемого многоканального интегрального блока оптико-электронного преобразования позволяет упростить технологию его изготовления, сократить длины межъячеечных линий связей, уменьшить массу и объем и увеличить надежность многоканального блока оптико-электронного преобразования. Кроме того, объединение ячейки тактового питания ФПЗС матриц с ячейкой аналого-цифровой обработки видеосигналов в одну ячейку позволяет рационально использовать фокальную плоскость оптической системы бортового комплекса ДЗЗ, сохранив функциональные возможности многоканального интегрального блока оптико-электронного преобразования.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показано расположение узла фокальной плоскости 1 с установленными на нем в шахматном порядке двумя рядами ФПЗС матриц 2 и 3 относительно рамы 4 с установленными на ней с двух сторон основной 7 и резервной 8 ячейками управления и коммутации сигналов, ячейками тактового питания 5 и ячейками аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов 6 предлагаемого многоканального интегрального блока оптико-электронного преобразования; на фиг.2 показана схема расположения ячеек предлагаемого многоканального интегрального блока оптико-электронного преобразования на его раме; на фиг.3 - структурная схема предлагаемого многоканального интегрального блока оптико-электронного преобразования; на фиг.4 показан вариант компоновки многоканального интегрального блока оптико-электронного преобразования с объединением ячейки тактового питания и ячейки аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов в одну ячейку, объединившую ячейки аналого-цифровой обработки видеосигналов с ячейками тактового питания; на фиг.5 показана структурная схема многоканального интегрального блока оптико-электронного преобразования, соответствующая компоновке по фиг.4; на фиг.6 показан внешний вид многоканального интегрального блока оптико-электронного преобразования.

Цифрами на фигурах 1÷6 показаны следующие элементы многоканального интегрального блока оптико-электронного преобразования: 1 - узел фокальной плоскости; 2 - матрица ФПЗС нечетного ряда; 3 - матрица ФПЗС четного ряда; 4 - рама многоканального интегрального блока оптико-электронного преобразования (ОЭП); 5 - ячейка тактового питания (ТП); 6 - ячейка аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов (ТОС - тракт обработки сигналов); 7 - основная ячейка управления и коммутации сигналов (УПРК-О); 8 - резервная ячейка управления и коммутации сигналов (УПРК-Р); 9 - центральная зона блока; 10 и 11 - межъячеечные пары соединителей ячеек УПРК-О и УПРК-Р; 12 - межъячеечные пары соединителей ячеек УПРК-О и УПРК-Р с ячейками ТП; 13 - межъячеечные пары соединителей ячеек ТП и ТОС; 14 и 15 - боковые торцевые поверхности блока ОЭП; 16 - пары соединителей ячеек ТП с матрицами ФПЗС; 17 - пары соединителей ячеек ТОС с матрицами ФПЗС; 18 - цепи питания (ПИТ.), 19 - цепи управления (УПР.) и 20 - технологические цепи (ТЕХН.) ячейки УПРК-О с внешними соединителями, установленными на боковой торцевой поверхности 14 многоканального интегрального блока ОЭП; 21 - цепи питания (ПИТ.), 22 - цепи управления (УПР.) и 23 - технологические (ТЕХН.) цепи ячейки УПРК-Р с внешними соединителями, установленными на боковой торцевой поверхности 15 многоканального интегрального блока ОЭП, соответственно; 24 - цепи питания ячеек ТП2, 25 - цепи питания ячеек ТП1, 26 - цепи питания ячеек ТП4 и 27 - цепи питания ячеек ТП3; 28 - основные цепи линий передачи информации (ЛПИ-О) и 29 - резервные цепи линий передачи информации (ЛПИ-Р) ячеек ТОС блока ОЭП; 30 - ячейка, объединившая функции ячеек ТП и ТОС (ТП-ТОС); 31 - цепи питания объединенных ячеек ТП-ТОС; 32 - пары соединителей ячеек ТП-ТОС с ФПЗС матрицами 2 и 33 - пары соединителей ячеек ТП-ТОС с ФПЗС матрицами 3; 34 - защитное стекло ФПЗС матриц; 35 - кожух многоканального интегрального блока ОЭП.

Как видно из представленных фигур, многоканальный интегральный блок оптико-электронного преобразования (см. фиг.1) содержит узел фокальной плоскости 1 с установленными на нем в шахматном порядке двумя рядами ФПЗС матриц 2 и 3, электрически связанных с установленными с двух сторон рамы 4 ячейками тактового питания 5 и ячейками аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов 6, основную 7 и резервную 8 ячейки управления блоком. В отличие от прототипа ячейки управления блоком расположены с противоположных сторон рамы, с их взаимным перекрытием и электрическими связями в центральной зоне рамы 9. При этом межъячеечные связи основной и резервной ячеек блока выполнены через пары соединителей 10 и 11, установленных на ячейках управления блоком со стороны расположения рамы, а с целью унификации ячеек УПРК-О и УПРК-Р один из пары соединителей, установленных на каждой из ячеек, является вилкой, а второй розеткой. Электрические связи между ячейками управления и ячейками тактового питания осуществляются через дополнительно введенные мезонинные соединители 12, установленные на ячейках управления и ячейках тактового питания. Электрические связи между ячейками тактового питания 5 и ячейками аналого-цифровой обработки видеосигналов 6 осуществляются через дополнительно введенные межъячеечные мезонинные соединители 13, установленные на ячейках тактового питания и ячейках аналого-цифровой обработки видеосигналов. При этом все электрические связи между ячейками управления блоком 7 и 8 и ячейками аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов 6 осуществляются через соединители 12 и 13 соответствующих им ячеек тактового питания 5. При этом все внешние связи ячеек блока осуществляются через соединители, расположенные с противоположных боковых торцевых поверхностей блока 14 и 15, перпендикулярных к его раме 4.

Благодаря описанному расположению ячеек управления блоком 7 и 8 и их пар соединителей 10 и 11, а также введению в блок межъячеечных мезонинных соединителей, установленных на ячейках ТП и ТОС, стало возможным полностью исключить проводной межъячеечный монтаж в многоканальных интегральных блоках оптико-электронного преобразования. Данное расположение ячеек управления блоком 7 и 8, связанных между собой посредством пар соединителей 10 и 11, позволило расширить их функциональные возможности, использовав ячейки управления блоком 7 и 8 дополнительно в качестве кросс-плат взаимной коммутации всех основных и резервных цепей управления, цепей тактового питания в блоке и других межъячеечных линий связей. В свою очередь на каждой из ячеек управления блоком 7 и 8, установленных с разных сторон рамы 4, дополнительно установлены мезонинные соединители 12, непосредственно связывающие их с каждой из ячеек тактового питания 5, расположенных с данной стороны рамы 4 многоканального интегрального блока оптико-электронного преобразования. При этом ячейки аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов 6, расположенные над ячейками тактового питания 5, также связаны через дополнительные мезонинные соединители 13 с соответствующими им ячейками тактового питания 5. Это обеспечивает трансляцию сигналов управления, передаваемых из ячеек управления и коммутации 7 и 8 через соответствующие им ячейки тактового питания 5 на ячейки аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов 6 с минимальными временными задержками. Таким образом, реализуемая в блоках оптико-электронного преобразования компоновка ячеек и цепей связи позволила реализовать преимущества, заявленные в цели изобретения. С целью унификации основной 7 и резервной 8 ячеек управления блоком один из пары соединителей 10 и 11 на каждой из ячеек управления 7 и 8 является вилкой, а второй розеткой. Установка всех внешних соединителей блока оптико-электронного преобразования на его противоположных боковых торцевых поверхностях 14 и 15, перпендикулярных к его раме 4, сокращает длины связей соответствующих им ячеек 7, 8, 5 и 6 с внешними соединителями блока. С целью уменьшения ширины фокальной плоскости блока ячейки аналого-цифровой обработки видеосигналов 6 и ячейки тактового питания 5 могут быть объединены в одну ячейку ТП-ТОС 30 (см. фиг.4), что позволяет более рационально использовать фокальную плоскость оптической системы бортового комплекса ДЗЗ за счет уменьшения толщины многоканального интегрального блока ОЭП. При этом существенно сокращено общее количество межъячеечных связей многоканального интегрального блока ОЭП, а цепи электрических связей ячеек ТП-ТОС с ФПЗС матрицами 2 и 3 подключены через соединители 32 и 33, соответственно.

Источники информации

1. http://marsoweb.nas.nasa.gov/hirise

Imaging Mars at High Resolution. Grades 4-8 Teacher's Guide Written and developed by: Alexandra Davatzes and Virginia Gulick NASA Ames Research Center Mail Stop 239-20 Moffett Field, CA 94035.

2. Кузьмичев A.M. «Цифровая обработка видеоинформации в системе приема и преобразования изображения КА ДЗЗ «Ресурс-ДК». Принципы построения подсистемы цифровой обработки и упаковки видеоинформации» // Труды НИИР: Сб. ст. - М.: НИИР. 2008. №2. - С.60-65.

3. Кузьмичев A.M., Жевако В.В., Рахимьянов А.С. Совершенствование структуры построения цифровой обработки видеоинформации в СППИ КА ДЗЗ. // V Научно-техническая конференция “Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли”. - М.: МНТОРЭС им. А.С.Попова. - 2008. - С.113-121.

Изобретение относится к оптико-электронным системам дистанционного зондирования подстилающей поверхности, в частности к бортовым оптическим комплексам дистанционного зондирования Земли космических летательных аппаратов, и может быть использовано в бортовых системах дистанционного зондирования подстилающей поверхности. Многоканальный интегральный блок оптико-электронного преобразования содержит узел фокальной плоскости с установленными на нем в шахматном порядке двумя рядами ФПЗС матриц, электрически связанных с ячейками тактового питания, установленными с двух сторон рамы, ячейки аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов, входы которых соединены с регистровыми выходами ФПЗС матриц, и основную и резервную ячейки управления блоком. Основная и резервная ячейки управления блоком расположены с противоположных сторон рамы с взаимным перекрытием и электрическими связями в центральной зоне рамы. Технический результат заключается в сокращении длины и уменьшении количества межъячеечных связей. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Многоканальный интегральный блок оптико-электронного преобразования, содержащий узел фокальной плоскости с установленными на нем в шахматном порядке двумя рядами ФПЗС матриц, электрически связанных с ячейками тактового питания, установленными с двух сторон рамы, ячейки аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов, входы которых соединены с регистровыми выходами ФПЗС матриц, и основную и резервную ячейки управления блоком, отличающийся тем, что основная и резервная ячейки управления блоком расположены с противоположных сторон рамы с взаимным перекрытием и электрическими связями в центральной зоне рамы.

2. Многоканальный интегральный блок оптико-электронного преобразования по п.1, отличающийся тем, что межъячеечные связи выполнены через пары соединителей, установленных на ячейках управления блоком со стороны рамы, причем один соединитель из пары является вилкой, а второй - розеткой.

3. Многоканальный интегральный блок оптико-электронного преобразования по п.1, отличающийся тем, что электрические связи между ячейками управления и ячейками тактового питания осуществляются через дополнительно введенные пары межъячеечных соединителей, установленных на ячейках управления и ячейках тактового питания.

4. Многоканальный интегральный блок оптико-электронного преобразования по п.1, отличающийся тем, что электрические связи между ячейками тактового питания и ячейками аналого-цифровой обработки видеосигналов осуществляются через дополнительно введенные пары межъячеечных соединителей, установленных на ячейках тактового питания и ячейках аналого-цифровой обработки видеосигналов.

5. Многоканальный интегральный блок оптико-электронного преобразования по п.1, отличающийся тем, что все электрические связи между ячейками управления и ячейками аналого-цифровой обработки и упаковки видеосигналов осуществляются через пары соединителей с соответствующими им ячейками тактового питания.

6. Многоканальный интегральный блок оптико-электронного преобразования по п.1, отличающийся тем, что внешние связи ячеек блока осуществляются через соединители, расположенные с противоположных боковых торцевых поверхностей блока перпендикулярных его раме.

7. Многоканальный интегральный блок оптико-электронного преобразования по п.3, отличающийся тем, что ячейка аналого-цифровой обработки видеосигналов объединена в одну ячейку с ячейкой тактового питания.