3 위성용 수동 감지 시스템

최초이자 가장 익숙한 수동 센서 시스템은 카메라입니다. 휴대폰의 카메라와 마찬가지로 보조 금속 산화물 반도체(CMOS) 또는 전하 결합 장치(CCD)를 사용하여 태양과 같은 광원에 의해 대상에서 반사되는 빛의 광자를 캡쳐합니다. 센서의 각 픽셀에 의해 캡처된 광자는 ADC를 통해 디지털 정보로 변환되고 시스템 프로세서에 의해 처리되어 우주에서 지구 사진을 생성합니다.

이러한 이미지를 통해 날씨 패턴, 빙하의 분포 및 자연 재해의 영향을 볼 수 있습니다. 그러나 이미지의 품질은 센서의 해상도(픽셀 수), 센서의 동적 범위(픽셀이 저장할 수 있는 광자의 수), 그리고 해당 정보를 디지털 형식으로 변환하는 정확도에 따라 결정됩니다. 그림 3-1 은 위성에 수동 감지를 구현하기 위한 광학 이미징 페이로드의 일반적인 블록 다이어그램입니다.

일부 이미지 센서는 데이터 컨버터를 통합하지만, 나머지 센서는 ADC3683-SP와 같은 외부 데이터 컨버터의 성능을 활용하면 다음과 같은 기능을 제공합니다.

• 최대 65MSPS의 이중 채널 18비트 해상도로 최대 이미지 센서 동적 범위 추출이 가능합니다.
• 160dBFS/Hz의 잡음 스펙트럼 밀도는 깨끗한 이미지를 위한 높은 신호 대 잡음비를 제공합니다.
• 100mW 미만의 소비 전력으로 전자 장치에서 발생하는 열을 줄여 센서 잡음에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 100krad/75MeV(-SP 버전) 및 30krad/43MeV(-SEP 버전)는 LEO에서 GEO까지 모든 우주 궤도에서 사용할 수 있습니다.
• 11mm x 11mm 세라믹 쿼드 플랫 팩(-SP 버전)

가시 광선에 가장 친숙하지만 적외선과 자외선처럼 사람의 눈에 보이지 않는 다양한 빛의 파장이 있습니다.

과학자들은 모든 빛의 스펙트럼에서 사진을 관찰하여 대기의 오염 물질 양, 작물 수확량의 변화, 지질 형성, 식물 밀도 및 수분 등의 세부 사항을 측정 할 수 있습니다. 이러한 세부 사항이 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하는지 탐구함으로써 과학자들은 먼 과거에 일어난 일을 추정할 수 있지만 미래에 일어날 수 있는 일을 예측할 수 있습니다.

다음과 같은 세 가지 방법으로 비가시광선을 측정할 수 있습니다.

• 단일 대역 이미징은 전자기 스펙트럼에서 하나의 대역을 측정합니다. 예를 들어 적외선 센서는 온도 변화를 측정하기 위해 적외선 방사선을 감지합니다.
• 다중 스펙트럼 이미징은 여러 대역의 이미지를 결합하여 단일 밴드로 볼 수 없는 초목 밀도와 같은 현상을 감지합니다. 멀티스펙트럴 센서는 3개 이상의 거친 스펙트럼 대역을 측정합니다.
• 초분광 이미징은 특정 광대역의 매우 좁은 절편에서 이미지를 캡처합니다. 초분광 센서는 수백 개의 좁은 대역을 측정하여 멀티스펙트럴 이미징의 거친 대역에서는 볼 수 없는 특징을 식별할 수 있습니다.

이러한 모든 이미징 시스템은 측정되는 빛의 특정 대역에 민감한 센서 IC에 의존합니다. 가시광선 또는 근적외선 스펙트럼에 CMOS 또는 CCD 센서를 사용할 수 있지만, 더 긴 빛의 파장에는 적용되지 않습니다. 인듐 질갈륨 비소 검출기는 900nm에서 2500nm에 이르는 파장을 측정할 수 있으므로 적외선 스펙트럼에서 더 먼 영역을 감지하는 데 적합합니다.

이미지 센서 앞에 프리즘 또는 격자판이 배치되어 빛을 개별 대역으로 구분합니다. y 차원의 각 센서 픽셀은 단일 대역을 감지합니다. 그 결과 얻어진 2차원 이미지는 선을 따라 각 지점의 모든 스펙트럼 정보를 포함합니다. 그런 다음 각 개별 픽셀의 스펙트럼 구성을 조사하여 무기물, 식물 또는 오염과 같은 패턴이나 특성을 찾는 것이 가능해집니다.

그러나 센서는 이미지를 생성하는 데 필요한 구성 요소 중 하나에 불과합니다. 센서의 출력 신호는 조정 과정을 거친 후, 고속 ADC를 통해 디지털화되며, 이후 가시화 가능한 형식으로 처리됩니다. 위에서 설명한 이미지 센서와 마찬가지로 ADC의 성능은 이미지 품질에 필수적이며 최상의 결과를 얻으려면 센서의 동적 범위와 일치해야 합니다. 또한 센서 출력 또는 데이터 컨버터에 잡음을 추가하지 않도록 신호 컨디셔닝, 클로킹 및 전원 공급 장치 부품을 신중하게 선택하는 것이 중요합니다. TPS7H1111-SP RF 저손실 레귤레이터와 같은 저잡음 부품은 시스템에 가능한 한 적은 잡음을 유입합니다.