为解决激光扫描投影系统标定过程中易受环境光干扰、合作目标扫描时间长等问题，首先研究了应用于激光扫描投影合作目标定位的相关双采样探测方法，设计了适用于激光扫描投影仪的探测模块，经实验验证，设计的相关双采样探测模块在输入信号干扰比为-29.5 dB时仍能稳定地检测出激光光斑是否落在合作目标的高反射区。然后，针对相关双采样探测的特点，设计了一种基于二分原理的非连续扫描方法，以实现合作目标中心位置的快速提取。最后，使用此方法与栅矩形扫描方法对投影距离为3000 mm处的三个合作目标进行扫描探测和中心位置提取，实验结果表明，栅矩形扫描方式需获取10000个扫描点，而基于相关双采样探测的非连续扫描方法减少了97.4%的扫描点，且中心定位偏差优于0.06 mm。所研究的方法能够提高激光扫描投影系统合作目标探测过程的环境光自适应能力，大幅减少扫描点的同时还能保证中心位置提取精度。

提出了一种新颖的两级相关双采样(CDS)电路，用于消除基于时间幅度转换器(TAC)结构的高密度光子飞行时间(TOF)阵列探测器的固定模式噪声(FPN)。相比于传统的全差分电路，该电路的结构更加简单，每一级仅使用两个开关管和一个采样电容。电路采用SMIC 0.18 μm标准CMOS工艺制造，面积仅为40 μm×35 μm，静态功耗仅为301 μW。测试结果表明，所提出的两级CDS电路具有99.98%的高线性度，在1.8 V电源下实现了0.9 V的宽输出摆幅，FPN总量减少了54%以上。提出的CDS方案可以有效消除阵列的像素级和列级的FPN，非常适用于基于TAC的高密度TOF阵列探测器。

设计了一款高帧频高灵敏度双通道16元线列PINCMOS图像传感器。相对于传统的pn结光电二极管，PIN光电二极管具有结电容小和量子效率高的优点，可以降低CTIA像素电路的噪声,提高信噪比；同时采用一种新型的相关双采样电路结构，可以在边积分边读出的模式下实现相关双采样，抑制像素复位带来的KTC噪声。基于0.35μm PINCMOS工艺进行了线列CMOS图像传感器流片，并对器件的光电性能进行了测试。测试结果表明：在像元尺寸为90μm×90μm，700nm波长下，器件灵敏度达3000V/(lx·s)，量子效率为96%；在40kHz高帧频、0.05lx光照条件下器件信噪比为7，适于弱信号下的高速探测。

由于受温度变化的影响, 高分辨力遥感相机焦平面 CCD采样信号的相位会发生变化, 采样位置的温度漂移会严重影响图像的信噪比、动态范围等, 甚至会造成图像无法正常显示。为了解决采样位置随温度漂移的问题, 对高分辨力遥感相机CCD采样位置进行了自适应补偿设计, 首先对CCD采样信号的初始位置进行精密调节, 然后设计了自适应补偿电路, 通过对功耗的控制使各驱动芯片温度基本一致, CCD信号与采样信号在温度变化上具有跟踪性, 在动态上保证CCD信号采样位置的准确性, 从而保证图像信噪比的稳定性。实验表明, 利用该方法, 相关双采样信号的初始位置调节精度小于0.039 ns; 在卫星在轨温度范围内, 相关双采样信号延时最大值为0.46 ns, 保证了相机的高质量成像, 满足航天应用需要。

面阵CCD及线阵CCD不能胜任海洋目标观测的要求,选用具有高信噪比高灵敏度的时间延迟积分CCD(Time delay integration CCD, TDI-CCD)作为 探测器并实现其驱动电路。在图像采集过程中,TDI-CCD探测器使用两个读取端口输出。 该探测器驱动电路产 生TDI-CCD和A/D的驱动时序。CCD的模拟输出信号被A/D采样,转换成可被计算机识别 的数字信号。采用FPGA作为主控芯片,产生驱动时序,接收被A/D转换过的数字信号, 并发送图像至计算机。利用相关双采样(Correlated double sampling, CDS)技术滤除TDI-CCD模 拟输出信号的相关噪声,提高信号的信噪比。现场可编程门阵列(Field programmable gate array, FPGA)代码在ISE14.7下进行仿真,实验表明,研制的TDI-CCD驱动电路能够产生CCD要求的驱动时序。

干涉式大气垂直探测仪是风云4号气象卫星的重要有效载荷, 用于获取大气的多种三维信息。成功设计了一款适用于干涉式大气垂直探测仪的红外焦平面读出电路。电路采用CTIA注入级结构, 积分电容4档可选。并且工作方式灵活, 同时采用相关双采样结构有效地降低了电路输出噪声。电路使用CSMC 0.5 μm 2P3M 5 V工艺流片, 电路测试结果符合理论设计预期, 噪声小于0.14 mV, 动态范围达到85.6 dB。耦合中波HgCdTe探测器测试正常, 噪声小于0.43 mV, 动态范围达到75.6 dB, 符合干涉式大气垂直探测仪红外焦平面要求。

提出了一种高均匀性低噪声的读出电路, 该电路通过抑制非制冷红外焦平面阵列固定模式噪声, 从而可实现高质量的红外图像.该电路前端采用了行共享的增益可控NMOS管抑制像元固定模式噪声, 同时采用了新型的相关双采样电路抑制列固定模式噪声.在仿真基础上, 采用了AMS 0.35 μm CMOS工艺完成了16 × 16像元芯片的制备.对芯片的大量测试结果表明提出的读出电路可以有效地降低非制冷红外焦平面阵列的固定模式噪声, 同时具有高均匀性的特点, 适用于高性能非制冷红外探测器.

相关双采样技术作为CCD视频信号标准预处理技术之一, 能有效地抑制CCD复位噪声。双采样时钟位置是相关双采样技术中的关键参数。针对自动确定采样时钟位置这一问题, 提出了类对比度评价函数, 通过固定场景改变信号采样时钟位置和复位采样时钟位置, 最大化类对比度评价函数, 自动确定CCD相关双采样时钟位置, 并对类对比度作为评价函数的原理进行了详细的论证。为了验证算法的有效性, 设计了验证平台。实验表明: 该方法能够有效地确定相关双采样时钟的位置, 而且算法确定的位置不稳定度低至3%,对不同亮度具有较强的鲁棒性, 同时该方法相对于传统方法能够有效提高获取图像的信噪比。

随着航天遥感载荷的日益复杂,CCD成像电路中相关双采样芯片(CDS)和通用A/D芯片构成的 模数转换电路已不能满足要求。提出了基于集成相关双采样电路和A/D电路的单芯片(AD9814)CCD模 数转换电路方案,用于星载光谱仪设备。介绍了该方案的芯片选择、软硬件设计和实验电路构建,并 进行了相关实验,结果表明此光学系统的信噪比优于12 bit, AD9814的抗辐照指标为15 krad, 所提出方案可用于航天工程。