هاشم بذرافشان - دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران (نویسنده
شهریار برادران شکوهی - استادیار دانشکده مهندسی برق دانشگاه علم و صنعت ایران
بهمن قربانی واقعی - دکترای مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران

سیستم خواندن (Charged Coupled Device Read-Out System) CCD دوربین ماهواره ها، نیازمند نسبت سیگنال به نویز بالایی است. علت این امر، وجود سایر نویزهای خاص و اجتناب ناپذیر یک محموله تصویربرداری فضایی و ماهواره است. این نویزها هم شامل نویزهای خود محموله و ماهواره، و هم شامل نویزهای محیطی می باشند. مهم ترین نویزهای محیطی شامل تداخل اتمسفر، ذرات باردار، حرکت زمین و ماهواره نسبت به هم، و تداخل های الکترومغناطیس می باشد. یکی از مهم ترین نویزهای تولیدی ماهواره نیز عدم پایداری کامل ماهواره حول محورهای آن می باشد. اگرچه این نویزها تا اندازه ای قابل کنترل می باشند اما در هر صورت همواره تا حدودی در سیستم وجود دارند. با وجود تمامی این نویزها، نویزهای CCD بخش عمده نویز نهایی سیستم خواندن را تشکیل می دهند؛ علت این امر، ولتاژ کم خروجی CCD و نویزهای مختلف آن است. این وضعیت سبب می شود که در صورت عدم طراحی مناسب مدار خواندن CCD، با کاهش شدید سیگنال به نویز در این نقطه، سیگنال به نویز کلی مدار نیز دچار افت شدیدی شود. مشکل دیگر این نویزها، وابستگی زیاد و پیچیده آنها به پارامترهای CCD و پارامترهای طراحی مانند دما و فرکانس می باشد. حتی این وابستگی ها در بعضی موارد، در نویزهای مختلف معکوس یکدیگر عمل می کنند؛ برای مثال کاهش یک پارامتر از سویی یک نویز را کاهش داده و از سوی دیگر سبب افزایش نویز دیگر می گردد. علاوه بر این مسائل، توجه به این نکته نیز ضروری است که انتخاب این پارامترها در ماهواره ها دارای محدودیت های زیادی است. برای مثال محدوده تغییرات دما در ماهواره تنها تا حدودی قابل کنترل است. لذا طراحی این سیستم با نویز بهینه با ملاحظه محدودیت ها، اگرچه ضروری اما دشوار است. الگوریتم ارائه شده در این مقاله، با ملاحظه کلیه این محدودیت ها و وابستگی ها، به کمک محاسبات انجام شده در مقاله و مقادیر بهینه محاسبه شده پارامترها، به صورتی سرراست پارامترهای طراحی را به شکلی انتخاب می کند که بهینه ترین نسبت سیگنال به نویز حاصل شود.

دوربین ماهواره، سیستم خواندن CCD، نویزهای CCD، محدودیت های ماهواره، پارامترهای طراحی