基于USB3.0的EMCCD相机高速数据传输系统的研究

自动成像协会(Automated Imaging Association,AIA)在2013年初发布了用于高速图像数据传输的USB3 Vision标准。首先简要介绍了基于该标准的EMCCD相机高速数据传输系统的设计方案,重点介绍了传输系统的构建和图像采集软件的设计。其中,传输系统的构建主要是在QUARTUS II的开发环境下,移植EMCCD相机数字控制器,使用VHDL语言编程设计一个控制器,产生USB3.0芯片USB3014的读写时序以及相关的逻辑信号,并且完成模拟图像产生和针对USB3 Vision标准的数据传输格式转换的功能;图像采集软件的编写是在VS2010开发环境下利用CYPRESS公司提供的应用程序接口(API),采用C++语言实现。最后进行了模拟图像的采集实验,并且进行了误码率估算。     

基于USB30.0的EMCCD相机高速数据传输系统韵研究

自动成像协会（AutomatedImagingAssociation,AIA）在2013年初发布了用于高速图像数据传输的USB3Vision标准。首先简要介绍了基于该标准的EMCCD相机高速数据传输系统的设计方案,重点介绍了传输系统的构建和图像采集软件的设计。其中,传输系统的构建主要是在QUARTUSII的开发环境下,移植EMCCD相机数字控制器,使用VHDL语言编程设计一个控制器,产生USB3．0芯片USB3014的读写时序以及相关的逻辑信号,并且完成模拟图像产生和针对USB3Vision标准的数据传输格式转换的功能;图像采集软件的编写是在VS2010开发环境下利用CYPRESS公司提供的应用程序接151（API）,采用c＋＋语言实现。最后进行了模拟图像的采集实验,并且进行了误码率估算。     

EMCCD冷指温度控制系统

为了对EMCCD冷指温度进行精确的控制,介绍了一种新的温度检测与控制系统的设计方案。该系统采用铂电阻Pt1000作为温度敏感元件,AD7705作为模数转换模块,以单片机STC89C52为核心实现数据采集与加热控制功能。温度数据可以在系统的液晶屏上实时显示,也可通过RS232串口传至上位机进行显示、存储。系统测试时,分别采用了20 V和18.5 V的电源电压对EMCCD冷指进行加热。测试数据的统计分析表明,该系统能将EMCCD冷指温度控制在一个设定低温值(如-100℃)附近,系统误差在0.006 8℃以内。     

EMCCD冷指温度控制系统

为了对EMCCD冷指温度进行精确的控制,介绍了一种新的温度检测与控制系统的设计方案.该系统采用铂电阻Ptl000作为温度敏感元件,AD7705作为模数转换模块,以单片机STC89C52为核心实现数据采集与加热控制功能.温度数据可以在系统的液晶屏上实时显示,也可通过RS232串口传至上位机进行显示、存储.系统测试时,分别采用了20 V和18.5 V的电源电压对EMCCD冷指进行加热.测试数据的统计分析表明,该系统能将EMCCD冷指温度控制在一个设定低温值(如-100℃)附近,系统误差在0.006 8℃以内.     

丽江2.4米望远镜双视场终端的控制与图像采集

为充分利用丽江2.4 m望远镜有限的卡焦接口,提高观测效率,研制了一个双视场天文观测终端,在2.4 m望远镜上实现不同视场和图像比例尺等参数进行快速测光和高分辨成像等天文观测,以满足不同的观测需求。针对该终端对滤光片轮精度和大视场光路与小视场光路切换的精度要求,以及对电子倍增电荷耦合器件(Electron-Multiplying Charge-Coupled Device, EMCCD)相机图像采集的速度要求,采用三层电机闭环控制以及多线程并发执行等技术,实现了该终端中滤光片轮、大视场光路与小视场光路切换的精确控制,以及EMCCD相机图像的快速采集与存储。最后在实验室进行了详细测试,结果表明,所设计的控制与图像采集系统能满足各项性能指标的要求。     

天文用2K×2K高速CMOS相机的研制与测试结果

高性能CMOS成像器件的技术近年来发展迅速,与长期在天文观测中占统治地位的CCD器件相比,CMOS在读出速度、功耗、空间应用的可靠性等方面具有一定的优势。为了探索CMOS成像器件在天文领域中的应用,我们以Fillfactory公司最新的高速、大面阵CMOS芯片LUPA 4000为基础,研制了一台天文相机并对其进行了测试。本文简要介绍了CMOS成像器件的概述,相机软、硬件系统的组成,以及在实验室条件下得到的读出噪声、增益、线性和增益等若干测试结果。     

基于USB2.0总线数据侦听的实时幸运成像系统

为进一步提高现有实时幸运成像系统的实时性,针对第二代通用串行总线(Universal Serial Bus 2.0, USB2.0)接口的电子倍增电荷耦合(Electron Multiplying Charge-Coupled Devices, EMCCD)相机进行幸运成像观测的情况,提出了一个基于USB2.0总线数据侦听的实时幸运成像技术方案,进行了侦听电路的硬件设计和数字逻辑设计,搭建了一个具有实时侦听、传输、处理、动态更新和显示的幸运成像系统。当相机拍摄天文图像并与个人计算机(Personal Computer, PC)进行数据交互时,系统的USB2.0总线数据侦听子系统就会对交互的USB2.0总线实现无侵入式侦听,并且加以分析处理后,只将有效的天文图像数据发送给底层现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)开发板中的幸运成像子系统,然后幸运成像子系统对接收的数据进行预处理、动态选图、实时配准和叠加处理,最后采用9个实时分割阈值水平切割高分辨率图像并对二值图像进行动态更新和显示。实验结果表明,所实现的系统能够对在USB2.0总线上连续传输的10 000帧512×512像素的图像进行实时侦听、幸运成像和动态更新显示,实现了幸运成像技术的实时化。     

数字滤波技术应用于VLBI数据采集的方法

在VLBI(Very Long Baseline Interferometry)数据采集终端中，用数字滤波代替模拟滤波有其显著的优势。本文首先介绍了国外在VLBI数据采集终端中采用数字滤波的进展情况，然后阐述了数字滤波在系统中的实现方案。实现数字滤波的关键是信号处理的速度，降低运算量是实现快速处理的关键，本文给出了实现Fm数字滤波器的3种结构，并在运算量方面进行了分析和比较。在这基础上，还对数字滤波的2种系统实现方案进行了具体分析。高性能的FPGA(Field Programmable gate Array)芯片是实现数字滤波器的较好选择，文章最后给出了基于FPGA芯片、用查表(LUT：Look Up Table)的方式实现的数字滤波系统框图。     

EMCCD附加噪声对天文高分辨成像的影响

讨论了电子倍增电荷耦合器件(Electron-Multiplying Charge-Coupled Device,EMCCD)附加噪声的产生机理及特性,通过模拟详细分析了EMCCD附加噪声对天文图像高分辨统计重建技术——斑点干涉术传递函数信噪比的影响,并和实验进行了对比,结果表明,在星体暗弱时,由附加噪声引入的偏差将使斑点干涉术重建的信噪比下降,严重影响重建的结果,必须加以改正.由实测数据重建结果可以看出,噪声偏差改正模型基本解决了EMCCD附加噪声对斑点干涉术在重建目标自相关或模时的影响.     

嵌入式TCP/IP协议在接收机杜瓦性能参数监测系统中的应用

介绍了射电天文望远镜接收机杜瓦温度与真空度监测系统的设计,具体讨论了监测系统的硬件结构与嵌入式TCP/IP协议在该系统中的实现.针对目前大量使用8位微控制器的嵌入式系统,硬件主控系统芯片采用ATMEL公司生产的8位单片机ATmega16,网络控制芯片采用美国MICROCHIP公司生产的带SPI接口的独立以太网微控制器ENC28J60,设计实现了低成本、高效率、高稳定性的性能参数监测系统.对该系统进行测试分析、数据比对,测试结果表明该系统能够高效与PC机进行通信,PC机所接收到的温度值与标准数据的误差在±0.3 K范围内,接收到的真空值绝对误差在±10 ubar范围内,能够达到系统设计要求.     

Multi-imaging and Bayesian estimation for photon counting with EMCCDs

A multi-imaging strategy is proposed and experimentally tested to improve the accuracy of photon counting with an electron multiplying CCD (EMCCD), by taking into account the random nature of its on-chip gain and the possibility of multiple photodetection events on one pixel. This strategy is based on Bayesian estimation on each image, with a priori information given by the sum of the images. The method works even for images with large dynamic range, with more improvement in the low light level areas. In these areas, two thirds of the variance added by the EMCCD in a conventional imaging mode are removed, making the physical photon noise predominant in the detected image.     

The Remote Equatorial Nighttime Observatory of Ionospheric Regions Project and the International Heliospherical Year

We describe a new suite of instruments planned for deployment to Cape Verde as part of the International Heliospherical Year. The Remote Equatorial Nighttime Observatory of Ionospheric Regions (RENOIR) project consists of a bistatic Fabry–Perot interferometer system, an all-sky imaging system, a dual-frequency Global Positioning System (GPS) receiver, and an array of single-frequency GPS scintillation monitors. This instrumentation will allow for studying the low-latitude thermosphere/ionosphere (TI) system in great detail. Investigations to be conducted using this instrumentation while in Cape Verde include studying equatorial irregularity processes, the effects of neutral winds and gravity waves on irregularity development, the midnight temperature maximum, and ion-neutral coupling in the nighttime TI system. Initial observations from the RENOIR instrumentation during pre-deployment testing at the Urbana Atmospheric Observatory are presented, as is the deployment scenario for the project in Cape Verde.     

EMCCD电荷倍增驱动电路分析与PCB设计

电子倍增CCD（Electron-Multiplying CCD,EMCCD）的电荷倍增驱动电路是实现这类CCD器件片上增益功能的关键。介绍了TC285SPD电荷倍增驱动器的参考电路的结构,详细分析其电路原理,并对该电路进行了PSpice仿真分析。对电荷倍增驱动电路的3种不同的印刷电路板（Printed Circuit Board,PCB）布局布线方案进行了实际测试,分析了存在的问题,找到了该电路PCB设计的正确方法。     

A Fully Depleted pn-Junction CCD for Infrared-, UV- and X- ray detection

This paper describes the performance of the Fully Depleted pn-junction CCD (pn-CCD) system, developed for ESA's XMM-satellite mission for soft x-ray imaging and spectroscopy in the single photon counting mode in the 100 eV to 10 keV photon range. The 58 mm x 60 mm large pn-CCD array, designed and fabricated at the Semiconductor Lab (Halbleiterlabor) of the Max-Planck-Institut, uses pn-junctions for registers and as backside structure. This concept naturally enables full depletion of the detector volume independent of the silicon wafer's resistivity and thickness, and as such make it an efficient detector for the x-ray region and the infrared. For high detection efficiency in the soft x-ray region and UV, an ultrathin pn-CCD backside deadlayer has been realized. Each pn-CCD-channel is equipped with its own on-chip JFET amplifier which, in combination with the CAMEX-amplifier and multiplexing chip, facilitates parallel readout and fast data rate: the cooled pn-CCD system can be read out at a data rate up to 3 MHz with an electronic noise floor of ENC < 5 e-.     

基于分布式执行框架的低频射电干涉阵列成像管线优化

平方公里阵列(Square Kilometre Array,SKA)项目是建设全球最大射电望远镜的国际合作项目,其灵敏度和测量速度将比当前所有的射电望远镜都要高出一个数量级.连续谱巡天是SKA的主要观测模式之一,基于连续谱成像建立巡天区域的标准星图,将能为后续天文科学研究奠定重要基础.银河系与河外星系全天默奇森宽场阵列拓展巡天(GaLactic and Extragalactic All-sky Murchison Widefield Array survey eXtended,GLEAM-X)是2018—2020年利用SKA先导望远镜默奇森宽场阵列(Murchison Wide-field Array,MWA)二期拓展阵列开展的新的射电连续谱巡天项目,观测期间积累了大量的低频巡天观测数据.海量观测数据的自动化、大批量处理是SKA望远镜项目所面临的的最大挑战和难题之一,基于分布式执行框架的成像管线优化经验将有助于解决海量数据处理问题.详细介绍了GLEAM-X成像管线并对其进行整合和改进,在中国SKA区域中心原型机(China SKA Regional Centre Prototype,...     

SOHM-4型氢原子钟的设计改进与初步性能

氢原子钟是一种最稳定的 (除极短测量时间间隔之外 )频率标准 ,但是环境温度变化及微波谐振腔老化会引起原子钟输出频率的变化 ,从而导致氢原子钟长期性能变差。为了减小这些影响 ,可借助一种自动调谐器来确保谐振腔的频率始终工作在所需的频率上 ,并采用新的温度控制系统来改善氢原子钟的长期性能。针对这些年来许多氢钟出现的有关问题 ,上海天文台在借鉴国外氢钟实验室经验的基础之上 ,对原有氢钟进行了技术改造 ,并为国家授时中心研制了SOHM - 4型氢原子钟。对该型氢原子钟技术改造特点作了介绍 ,并给出了期望的性能指标及初步的测试结果     

基于MYSQL/LINUX 的LAMOST数据库设计与实现

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST）将被建成，在投入使用之前设计开发出全自动处理光谱的软件系统是必需的。完善的数据库系统是该光谱处理软件不可缺少的一部分。本文分析了LAMOST对数据库的需求，设计并实现了基于MYSQL／LINUX的LAMOST数据库系统并对该系统进行了初步测试。     

基于ARM＋FPGA的IRIG-B码产生器的研制

本设计中采用ARM芯片作为主控芯片,FPGA芯片作为主功能芯片,使用C和Verilog语言编程。通过软件控制生成IRIG-B（DC）码信号,由分频1PPS信号和外部标准1PPS信号锁相同步保证时标信号的同步,在产生DC码后采用基于FPGA内部ROM数字查找表技术实现AC码的数字调制。整体方案设计简单,应用方便。     

Stochastic parallel gradient descent based adaptive optics used for a high contrast imaging coronagraph

An adaptive optics(AO) system based on a stochastic parallel gradient descent(SPGD) algorithm is proposed to reduce the speckle noises in the optical system of a stellar coronagraph in order to further improve the contrast. The principle of the SPGD algorithm is described briey and a metric suitable for point source imaging optimization is given. The feasibility and good performance of the SPGD algorithm is demonstrated by an experimental system featured with a 140-actuator deformable mirror and a Hartmann-...