Разработка методов повышения помехоустойчивости астрономических телевизионных камер на приборах с зарядовой связью

• Автор: Березин, Владимир Борисович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 185 с. : ил.

Глава 1. Помехоустойчивость телевизионных астрономических систем на матричных ПЗС
1.1. Астрономические телевизионные системы реального времени
1.2 Принцип счета фотонов в астрономическом телевидении
1.3. Помехоустойчивость астрономических телевизионных систем реального времени
1.4. Современные матричные ПЗС астрономического назначения
1.5. Критический обзор методов повышения помехоустойчивости астрономических телекамер на матричных ПЗС
1.6. Постановка задач
Глава 2. Разработка методов повышения помехоустойчивости совместного обнаружения и оценивания координат точечных объектов
2.1 Пути решения задач обнаружения и оценивания координат сигналов точечных объектов
2.2. Модель системы наблюдения с дискретизацией оптических сигналов в матричном ПЗС
2.3. Обнаружение сигналов точечных объектов
2.4. Оценивание координат сигналов точечных объектов
2.5. Параллельное считывание с организацией каналов различной четкости
2.6. Адаптивное считывание с переменным размером зоны накопления
2.7. Выводы по главе
Глава 3. Разработка метода квантования с повышенной помехоустойчивостью передачи сигнала от телекамеры в процессор
3.1. Анализ квантования сигналов в условиях фотонного шума
3.2. Метод квантования
3.3. Адаптивный групповой счет фотонов
3.4. Выводы по главе
Глава 4. Разработка метода повышения точности оценки темнового сигнала охлаждаемого матричного ПЗС
4.1. Мешающее воздействие темнового тока ПЗС
4.2. Механизмы образования темнового тока
4.3. Оценка темнового сигнала современных матричных ПЗС
4.4. Охлаждение ПЗС
4.5. Измерение и стабилизация темнового тока матричного ПЗС с помощью метода высокоточного измерения среднего значения
4.6. Выводы по главе
Глава 5. Экспериментальная проверка эффективности разработанных методов повышения помехоустойчивости телевизионных камер на ПЗС
5.1. Экспериментальная проверка эффективности разработанного метода адаптивного считывания сигнала с матричного ПЗС
5.2. Экспериментальная проверка метода высокоточного измерения среднего значения темнового тока матричных ПЗС
5.3. Экспериментальная оценка влияния излучения космического пространства на характеристики темнового тока матричных ПЗС
5.4. Выводы по главе
Заключение
Литература
Диссертация посвящена решению части крупной научно-технической проблемы повышения помехоустойчивости и информационного согласования с сюжетом телевизионных астрономических систем реального времени, состоящей в решении задач разработки методов управления режимами работы телевизионных камер (ТК) на матричных приборах с зарядовой связью (ПЗС). При этом акцент делается на адаптацию группового счета фотонов в процессах дискретизации и квантования зарядового изображения в условиях априорной неопределенности об интенсивностях и координатах наблюдаемых звезд.
Актуальность темы. Задача повышения помехоустойчивости группового счета фотонов актуальна при построении систем астроориентации, астрометрии и фотометрии, в телевизионных системах для внеатмосферной астрономии, околоземной астрономии, том числе контроля космического пространства (ККП) и адаптивной оптики.
Актуальность исследований связана с существующим дефицитом финансирования космических проектов, побуждающим к разработке приборов, обладающих требуемыми характеристиками, в т. ч. точностью и помехоустойчивостью, при небольших массе и габаритах. Так как стоимость запуска космического аппарата (КА) пропорциональна его массе, а повышение помехоустойчивости эквивалентно уменьшению размеров входного зрачка объектива, определяющего его массу, то повышение помехоустойчивости астрономических ТК имеет не только научные, но и экономические обоснования. Решение задачи повышения помехоустойчивости находится в русле общей проблемы развития оптико-электронных и телевизионных систем, отраженной в программе РФ «Национальная технологическая база», действие которой ранее было предусмотрено на период 2001-2006 год, но в силу ее важности дополненной и продленной до 2010 года. Рассматриваемый класс астрономических ТК реального времени предназначен для обеспечения работы наземных и космических телескопов с большой апертурой и решает задачу формирования оценок параметров точечных источников (звезд или пятен гартмонограммы) за время, существенно меньшее времени наблюдения в главном наблюдательном приборе. Понятие реального

сигналом важно подчеркнуть, что оптимальный размер зависит не только от критерия качества, но и от выбранного алгоритма вычисления оценки координаты сигнала [7].
Точность, сложность и априорная неопределенность формы сигнала - это главная триада, которая определяет облик вычислителя координат звезд. Не случайно даже на начальном этапе анализа алгоритмов оценки координат отмечалось, что «Потенциальное качество достигается благодаря точному знанию формы и длительности сигнальных импульсов. В противном случае невозможно построить согласованный фильтр. При фиксации же по фронтам можно совсем не иметь предварительной информации относительно сигнальных импульсов» [142, с. 122]. На практике компромисс между точностью и сложностью достигают выбором алгоритма, весьма устойчивого к изменению формы сигнала - оценку координаты центра тяжести полезного сигнала [92], [95], [96], [127], [134]:
х = -~ • (2.12)

Метод центра тяжести обосновывают трактовкой отклика оптической системы на излучение точечного источника как плотности вероятности его координат [133]. При этом существует мнение, что «процедура получения оценок координат по центру тяжести не зависит ни от вида, ни от масштаба реакции оптической системы на излучение точечного источника» [96]. Этот тезис справедлив в отношении анализа непрерывного сигнала и построенной по нему непрерывной функции правдоподобия. Последнее положение соответствует утверждению: «Чтобы определить положение сигнала в функции правдоподобия нет необходимости знать его форму. Информация, содержащаяся в форме, уже была использована в наибольшей возможной степени при превращении входной смеси сигнала с шумом в функцию правдоподобия»[15, с. 87]. Однако процедура вычисления центра тяжести дискретных сигнальных отсчетов, строго говоря, не эквивалентна вычислению центра тяжести свертки непрерывной смеси сигнала с шумом с импульсной характеристикой непрерывного согласованного фильтра.