基于非制冷红外焦平面阵列的全天空红外测云系统

云的地面观测是对本地天气进行实时监测的重要工作.目前,主要采用人工目测方法进行云的地面观测,无法准确提供夜间云的资料.为了实现云的全天空昼夜自动监测,采用非制冷红外焦平面阵列(UIRFPA)和扫描的方式,通过拼图、定标、大气修正、云识别等数据处理,研制成功了全天空红外测云系统.该系统由光学测量单元、扫描单元、环境参数测量单元、采集与控制单元和数据处理单元组成.初步的观测试验表明,该系统所给出的全天空云分布图像以及云量、云族与实际天空状况一致,考虑探测器工作温度效应的非制冷红外焦平面阵列定标模型,可满足全天空云监测的辐射定量测量要求,定标处理以及云识别算法可行.     

环境温度补偿的红外焦平面阵列非均匀性校正

由于非制冷红外焦平面阵列的非均匀性随使用环境温度的变化漂移,校正参数需要经常更新.针对非制冷红外焦平面阵列非均匀这一特点和定标校正的不足,应用红外焦平面阵列二元非线性的非均匀性理论模型,提出了环境温度补偿的非均匀性校正,该方法既考虑了在大动态范围目标温度探测器响应的非线性,又考虑了使用环境温度变化对非均匀性的影响,从而...     

红外焦平面阵列二元非线性的非均匀性理论模型

 非均匀性校正是红外焦平面阵列成像质量提高的关键,在现有一元线性理论模型局限下,红外焦平面阵列成像非均匀性校正难以获得校正精度的提高.本文通过红外焦平面阵列探测器成像机理及其成像过程理论分析,推导了影响探测器响应及其非均匀性的主要因素,首次建立了红外焦平面阵列二元非线性的非均匀性理论模型,通过实验测试及其统计分析验证了理论模型.该模型能在较宽红外辐射和环境温度范围内准确预测红外焦平面阵列响应曲线及其非均匀性,比原一元线性理论模型更全面准确地描述了红外成像非均匀性影响因素及探测器响应关系.     

非制冷色散式成像光谱仪辐射传递模型

根据接收信号信噪比,研究了基于非制冷微测辐射热计阵列构造色散式成像光谱仪的可行性.综合考虑目标红外辐射特性、大气传输透过率、仪器接收孔径、色散式光谱仪辐射传递特性、红外阵列探测器参数、数据链传输等环节,建立了完善的色散式长波红外成像光谱仪辐射能量传递模型.选用典型地物红外发射率数据,非制冷微测辐射热计红外焦平面阵列参数,利用低分辨率大气辐射传输计算软件LOWTRAN生成大气红外透过率曲线,依据传递模型,计算了以非制冷微测辐射热计阵列为探测器的色散式长波红外成像光谱仪可达到的光谱分辨率,验证了依据非制冷红外探测器构建小型红外成像光谱遥感器的潜力.     

红外探测器非均匀性校正系统研制

分析了红外焦平面阵列（IRFPA）基于定标的非均匀性校正算法和基于场景的非均匀性校正算法的优势和不足。针对红外焦平面阵列二元非线性的非均匀性理论模型这一特点,提出了一种基于S曲线拟合的校正算法。利用FLIR公司的长波非制冷红外探测器进行信号采集,建立了焦平面探测元的响应模型。描述了基于FLIR长波非制冷红外探测器在FPGA平台的处理流程,并实现了S曲线校正算法,提高了红外图像的质量。实验表明,经过S曲线拟合校正处理,减弱了红外图像的条纹噪声,使IRFPA组件的非均匀性从6.45%降低至2.06%。     

热释电非制冷红外焦平面现状及发展趋势

一维和二维阵列的热释电非制冷红外焦平面非常适合应用于热成像.混合式的BST铁电探测器降低了成本,市场潜力巨大.分析了热释电非制冷红外焦平面阵列探测技术的优势,介绍了热释电非制冷红外探测器工作原理及热释电非制冷红外焦平面阵列对探测材料的要求,指出了混合式及单片式热释电非制冷红外焦平面阵列发展趋势.制备高一致性和高性能的大阵列的探测元是发展非制冷红外焦平面的关键,针对我国在热释电非制冷红外焦平面阵列研究方面存在的问题,提出了下一步研究的方向及重点.     

红外焦平面阵列非线性响应仿真

通过对红外焦平面阵列非均匀性产生原因的分析和总结,考虑了红外焦平面阵列各探测元问的空间相关性,在空间无关的红外焦平面阵列非线性响应模型的基础上,建立了基于空间相关性的红外焦平面阵列响应模型.用以线性响应模型为基础的非均匀性两点校正法对仿真结果进行了初步验证,仿真结果表明:校正以后非均匀性明显下降,但仍剩余的非均匀性与红外焦平面阵列的理想化响应模型以及基于各探测元问是互相独立不相关假设下的非线性响应模型相比,基于空间相关性的红外焦平面阵列非线性响应模型更为科学、客观,也更接近真实的红外焦平面探测器成像.     

3～5μm红外探测器的辐射定标

在对目标进行红外跟踪测量时,为了得到目标空间位置的同时,获得其红外辐射特性数据,设计了一套红外焦平面阵列探测器的实验室辐射定标系统。以高精度的面源黑体为标准辐射源,对成像范围为3～5μm的中波红外探测器进行了响应度的标定。首先建立定标数学模型,确定定标流程;然后使用线性回归统计模型对响应度曲线进行拟合并评估,针对一般线性最小二乘法对局外点(outlier)敏感的缺点,提出Robust优化算法;最后,在外场对温度和特性已知的目标进行测量,通过实验室得到的响应度曲线和大气透过率参数进行红外辐射特性数据的反演,得到实际测量值与理论值的相对误差小于2%。结果表明,Robust优化算法能有效改善红外焦平面阵列响应度非线性引起的反演不确定度。     

红外焦平面阵列非线性响应的分析和计算

分析了导致红外焦平面阵列响应非线性的各种因素;并以HgCdTe红外焦平面阵列为例,以量子效率与入射光子波长的相关性为基础,计算了在准理想条件下探测器响应的非线性量;结合非均匀性校正,计算了在给定区间定标后的非线性大小;还对实际应用中一例非线性响应所导致的焦平面阵列的非均匀性剩余误差进行了解释。     

红外焦平面阵列非均匀性校正精度的研究

定标校正法是目前人们实际使用较多的一种红外焦平面阵列非均匀性校正方法。该方法采用的算法简单,易于用硬件实时实现,但也存在校正精度低的缺点,针对这一不足,首先通过实验得到了红外焦平面探测器的实际非线性响应曲线,然后在此基础上进一步分析了定标点的数量及选取对红外焦平面阵列非均匀性校正精度的影响,为提高定标校正法的校正精度提供了依据。     

InAs/GaSbⅡ类超晶格与HgCdTe红外探测器的比较研究

HgCdTe、QWIP和InAs/GaSbⅡ类超晶格被公认是第三代红外焦平面探测器的首选。主要对比分析了HgCdTe和InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测器,InAs/GaSbⅡ类超晶格具有响应波段宽且精确可控、工作温度高、载流子寿命长、暗电流低和均匀性好等优点,使其在甚长波、多色以及非制冷红外焦平面阵列等方面具有广阔的发展应用前景。     

国外非制冷红外焦平面阵列探测器进展

非制冷红外焦平面阵列探测器是目前发展最为迅速的红外探测器种类之一,并已广泛渗透到军事和民事应用中.本文重点阐述几种国外具有代表性的非制冷红外焦平面探测器的现状及其发展趋势.     

考虑积分时间变量的红外系统辐射响应定标

辐射定标是红外系统辐射特性测量的基础。文中采用间接扩展源法对红外系统进行定标,分析了红外焦平面阵列探测元的响应模型以及响应特性与目标黑体辐射、积分时间的关系。提出了采用最小二乘法拟合得到红外焦平面像元响应灰度值对辐射量和积分时间的响应函数的定标算法。通过分析不同环境温度下的响应函数,进一步验证了其有效性。该方法可简化定标过程,节省定标时间。定标方程不仅可用于定量分析辐射定标的影响因素,而且有利于动态范围较大时的辐射测量。     

红外焦平面阵列非均匀性仿真技术研究

红外焦平面阵列非均匀性的建模和仿真,是红外成像系统仿真中很关键的一部分.根据红外焦平面阵列非均匀性产生的原因和特点,建立了基于空间相关性的探测器响应模型,较基于各探测元间是独立不相关假设下的响应模型更为科学客观.     

非制冷焦平面红外探测器的双波段成像理论

本文研究了热电型非制冷焦平面红外探测器在4状态斩波调制下的信号响应,从理论上得到了响应信号的变化,数值模拟分析表明,响应信号的变化可以反映出景物入射辐射在双波段的差异,由此可望通过单一非制冷钛酸锶钡(Ba_xSr_1-xTiO₃,BST)焦平面探测器,实现获取景物双波段信息的热成像系统.     

非制冷红外焦平面阵列

红外技术的一项重要进展是非制冷焦平面阵列，在红外探测和热成像的军、民应用中，大型非制冷焦平面阵列与制冷的光子探测器阵列相比有很多优点。文章评述利用热探测机理的非制冷焦平面阵列的最近发展。其主要技术途径有电阻测射热计和铁电薄膜单片非制冷焦平面阵列和铁电混合式非制冷焦平面阵列。     

320×240非制冷红外焦平面阵列驱动电路的设计

在介绍了320×240非制冷红外焦平面阵列工作原理的基础上,详细分析了非制冷红外焦平面阵列驱动电路的组成原理、设计方法,重点是偏置电压电路、脉冲电压与控制信号驱动电路、焦平面工作温度检测及控制电路的设计等关键技术。提出了一种自适应工作点的驱动电路设计方法,并对主要驱动信号进行了仿真,给出了主要原理框图。试验结果表明:该电路达到了理想的效果,适用于宽的工作温度,具有体积小、实用性好、可靠性高等特点。     

应用U形边框黑体光阑的三点辐射定标校正方法及其分析

红外焦平面探测器阵列由于探测器工艺、环境冲击和长时间工作等因素将引起探测器响应的漂移,很大程度影响了热成像系统的成像质量。对于红外测温热像仪来说,会大大降低其出厂定标的准确性。针对红外辐射定标,考虑到探测器响应的非线性,在前期搭建的基于U形边框黑体视场光阑的红外成像系统基础上,研究了基于U形边框黑体光阑的三点定标修正方法,并与两点辐射定标方法进行了比较。实际定标测试实验结果表明:在25~65 ℃范围内,三点定标修正后的最大绝对误差和平均误差分别为0.126 6 K和-0.048 8 K,较原始定标的结果有明显的精度提升,说明三点定标修正方法算法有效,但三点定标修正与两点定标修正的结果相差不大。因此,一般情况下两点辐射定标修正方法足以适应辐射定标应用。     

混成式热释电非制冷红外焦平面探测器研究

热释电非制冷红外焦平面探测器在军民领域具有广阔的应用前景.为了实现探测器的国内工程化研制,采用混成式技术,成功研制了基于锆钛酸铅(PZT)铁电陶瓷材料,像元尺寸为35 μm×35μm,列阵规模为320×240元的非制冷红外焦平面探测器.通过自主设计,研发的非制冷焦平面测试平台,得到了此器件的基本性能参数平均电压响应率1.1×105V/W,平均探测率5.6×107cm·Hz1/2·W-1,并实现了该探测器热成像.结合实际的研究工作,较为系统地介绍和讨论了热释电非制冷红外焦平面研制过程中各项关键技术.在器件光电响应测试数据分析的基础上,进一步提出下一阶段研究工作的重点和器件性能优化的方向.     

基于I2C的新型非制冷红外焦平面温度控制系统

论述了非制冷红外焦平面阵列温度控制的重要性,并且简要提出温度控制原理,在此基础上提出使用MAX1978对TEC进行闭环自动控制的方案,并使用DAC芯片AD5665R作为温度参考电压输入芯片,使用I2C协议完成精确定点温度控制,实现了将非制冷红外焦平面阵列在不同的环境下稳定工作的要求.经测试验证系统温度的波动范围能够有效控制在±0.005℃,从而为提高焦平面阵列温度稳定性使非制冷性红外探测器适应不同的温度环境提供了一种实用方法.