APS星敏感器探测灵敏度的因素分析

基于CMOS工艺的APS图像传感器于上世纪九十年代初得到快速发展。CMOS图像传感器采用超大规模集成电路的制造工艺，集成度高，克服了 CCD的上述相关问题，与CCD 相比，具有集成度高、功耗低、可靠性高、耐辐照能力强等优点。

随着CMOS工艺的成熟和技术的不断发展，APS图像传感器正在逐渐克服以往光照灵敏度、信噪比等方面的局限，现阶段APS器件在很多性能方面已同CCD旗鼓相当。

APS星敏感器是未来星敏感器的发展趋势。具有体积小、重量轻、功耗低、精度高的特点，弥补了我国目前主流的CCD星敏感器存在的体积重量大、功耗较高等不足，是未来几年国内外的发展趋势。

由于CMOS技术工艺以及有源像元的结构特点，APS图像传感器的工作原理、操作和读取方式、噪声种类等与CCD有较大区别，其在星敏感器等空间应用方面尚存在较多有待研究的问题，突出表现在其探测灵敏度偏低。

由于APS图像传感器的像素内部集成放大电路，降低了填充因子，因此APS固有像素结构特点决定了其存在相比CCD的灵敏度偏低问题。

灵敏度是星敏感器重要指标，表征其视场内能够探测到最暗星的能力，是保证星敏感器功能、姿态输出精度和捕获概率等性能指标的基础及前提。高灵敏度APS电路是APS星敏感器中的关键技术，是实现高精度、高数据更新率的重要保证。

　　影响APS星敏感器探测灵敏度的因素

（1） 光学系统的影响。探测灵敏度与光学镜头透过率，光学系统孔径，以及星点像光斑能量集中程度有关。由于设计一般要求F‘# = f/D一定，光学系统的孔径的增大，同时要求焦距增长，这会增加系统的重量，而单独增加D 会给光学系统设计带来困难，该项指标受星敏感器总体设计和光学系统设计的限制。而星点像光斑能量集中程度大小受质心算法的限制，一般不能超过0.5。

（2） APS 的参数大小的影响。APS 的量子效率和填充因子越高，APS 的信号电子数越多，灵敏度越高。一般APS 的量子效率Qe 为0.3- 0.7，填充因子Km 为0.3- 0.7，也有器件给出的是量子效率和填充因子的积。此外，APS 噪声水平对灵敏度的影响较大，通过冷却APS 器件、采用相关双采样技术，和软件去噪（ 比如固定图像噪声等） 可以降低噪声。

（3） 背景辐射对探测灵敏度影响较小，当在信号处理中采用阈值处理时，可以把背景噪声滤掉。

（4） 信噪比阈值的影响。信噪比阈值取的越大，探测率越高，但探测灵敏度将下降。

（5） 积分时间。积分时间越长，灵敏度越高。然而积分时间过长，会导致系统更新速度的下降，而且会出现图像的拖尾，降低图像质心的精度而影响测量精度。

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