基于ACTELFPGA短波红外成像系统设计与研究

针对短波红外探测在各个领域的重要作用,采用Sofradir 320×256短波红外探测器,基于ACTEL公司的FPGA芯片APA600,设计并实现了短波红外成像系统,并对几个关键性设计进行了分析。该系统具有低功耗、小体积、高速率、可控性好等特点。实验结果表明该系统能够满足设计要求。     

高分辨率InGaAs短波红外成像系统

介绍了一种高分辨率短波红外成像系统的设计与实现方法。采用640×512高分辨率InGaAs短波红外探测器,基于NIOSⅡ的单片FPGA设计并实现了短波红外成像系统,对探测器驱动、数据采集、信号处理等关键技术进行了分析。试验表明,该系统成像清晰、体积小、功耗低、结构合理、性能稳定。     

低噪声小型化焦平面驱动与信息获取系统设计

在红外探测器的应用中,驱动电路及信息获取系统的质量将直接影响到红外成像系统的性能。针对320×256短波红外焦平面器件,提出了焦平面驱动及信息获取系统的低噪声小型化的设计方法,并利用TEC技术实现了焦平面的精密低温控制。该系统具有体积小、功耗低、精度高、灵活性好等特点,为红外探测系统的高性能和小型化设计提供了良好的基础。     

星载多路短波红外探测器温控系统设计

主要针对星载多路短波红外探测器的温度要求设计了高精度在轨温度控制系统。首先,在对工作温度控制需求进行分析的基础上,提出了该系统短波红外探测器的温度高稳定性要求;其次设计了高稳定性温度采集电路、低噪声热控驱动电路,并且在FPGA芯片上基于开关控制算法,产生了脉宽调制信号;然后利用该脉宽调制信号控制热电制冷器的驱动电流,实现了在资源有限的条件下,温度控制高稳定度的要求。最终性能测试的结果表明,温控的精度可以达到±0.1°的高稳定度要求,满足该多路短波红外探测系统星载工作温度要求。     

基于红外上转换原理的短波红外阵列探测器研究

提出了一种由基于红外上转换原理的短波红外阵列探测器设计方案,即利用电子俘获材料薄膜与普通CCD摄像机耦合组成复合式短波红外阵列探测器,通过电子俘获材料的波长转换功能,间接实现对短波红外激光的探测.分析和研究了复合式探测器的薄膜制备、泵浦光源设计、滤光装置设计、耦合方式设计及图像处理系统等关键技术问题,并对样机进行了短波红外激光探测实验.结果表明,复合式探测器在对1060 nm、1310 nm、1550 nm等短波红外波长激光的探测上均有良好表现.     

星用短波红外成像仪的设计与实现

针对低轨卫星激光通信和大气层短波红外光谱分析的应用需求,设计并研制了一种星用短波红外成像仪。由于低轨卫星系统的抗总剂量辐射能力要求为20kRad(Si)以上,因此,该成像仪选用抗总剂量辐射能力达到20kRad(Si)的InGaAs焦平面探测器;采用宇航级元器件设计相应的时序驱动、温度控制、模数转换、图像传输、遥控遥测等硬件电路模块,组成成像仪硬件部分;应用PID温控算法实现成像仪精准控温,采用非均匀性校正算法和图像增强算法提升成像仪图像质量。经试验验证,研制的短波红外成像仪抗总剂量辐射能力达到25kRad(Si),动态范围大于等于61dB,非均匀性小于等于1.9%,满足低轨卫星短波红外光谱探测的要求。     

320×256短波红外焦平面温控系统设计与应用

针对碲镉汞红外焦平面需要在恒定低温条件下工作的要求,设计并实现了基于热电制冷技术的红外焦平面温控系统。该温控系统具有体积小、响应速度快、可控性好及温控精度高等特点,满足设计要求。实验结果表明,该温控系统可使短波红外焦平面在195K时长期稳定工作,温控精度优于0．1℃,焦平面暗电流及噪声水平均有明显改善。     

320×256短波红外焦平面温控系统设计与应用

针对碲镉汞红外焦平面需要在恒定低温条件下工作的要求,设计并实现了基于热电制冷技术的红外焦平面温控系统.该温控系统具有体积小、响应速度快、可控性好及温控精度高等特点,满足设计要求.实验结果表明,该温控系统可使短波红外焦平面在195K时长期稳定工作,温控精度优于0.1℃,焦平面暗电流及噪声水平均有明显改善.     

基于PCI Express总线的红外图像实时采集与显示系统及其界面设计

介绍了一种基于碲镉汞红外短波相机的图像实时采集与显示系统。以基于 碲镉汞短波红外探测器以及FPGA+DSP硬件结构,且具有手动调焦、调节积分时间和增减衰减 片等多种功能的红外短波凝视相机作为采集系统的基础,以Camera Link接口连接线作为传输通道,采 用兼容PCI Express x4总线的采集卡实现了红外图像的实时快速采集和显示。实验中,设计了图 像采集与显示界面,以实现对相机的实时控制和对采集图像的调整;设计了一种图像回放软件,以完成 存储图像检验和后期图像处理等工作。实验结果证明,该系统的性能稳定可靠,实时采集、传输和存 储功能完备准确,因此具有很高的工程实用价值。     

宽谱段成像光谱仪前置物镜的设计

为满足高光谱成像光谱仪的要求,研究了可见光-短波红外宽谱段的消色差像方远心前置物镜的设计问题。针对0.5～2.5μm谱段、焦距750 mm、F/#为5和视场角±0.8°的设计要求,进行了设计方案分析,提出了R-C折反式光学系统的设计方法;透镜校正组的设计中分析了可见光、短波红外波段的材料特性,并选择了适合该系统的材料F_Silica。最终设计的系统结构简单,很好地校正了色差以及单色像差,还实现了像方远心光路。设计结果满足光谱仪的要求,在整个谱段和全视场范围内,系统成像质量接近衍射极限。