288×4长波红外探测器数据采集模块的设计

针对288×4长波焦平面红外探测器组件的特点,设计了一个数据采集模块,以FPGA为核心,为探测器提供时序与控制信号,同时对探测器输出的四路红外模拟图像信号进行高精度的模数转换,然后将红外数字图像信号向后端传送.实验结果表明,采集到的红外图像具有噪声低、稳定性好等特点.当探测器在293 K黑体的照射下,并且积分时间为19...     

288×4长波红外探测器关键驱动电路的设计

针对制冷型288×4长波焦平面红外探测器组件PLUTON LW K508的特点,设计了一个驱动模块,为探测器组件提供了时序与控制信号、模拟与数字电源、参考电平、制冷模式控制信号等.重点介绍了上电控制电路、GpoL电压产生电路、制冷模式控制电路等关键电路的设计原理与结构.实验结果表明,采集到的红外图像具有噪声低、精度高、稳定性强等特点.当探测器在293 K和353 K之间的黑体照射下,并且积分时间为19μs时,整个红外图像采集系统采集到的图像噪声电压均值保持在0.4 mV以下.     

信号处理对红外探测系统作用距离的影响

考虑了信号处理单元的频率函数对红外探测器输出信号的影响,推导了红外探测系统在探测器噪声限下的作用距离方程,对传统的作用距离方程进行了修正;给出了采用匹配滤波技术的信号处理系统和调制系统必须满足的关系及相应的作用距离方程表达式,为红外系统的设计和性能评估提供了正确的理论依据。     

288×4长波红外探测器关键驱动电路的设计

针对制冷型288×4长波焦平面红外探测器组件PLUTON LW K508的特点,设计了一个驱动模块,为探测器组件提供了时序与控制信号、模拟与数字电源、参考电平、制冷模式控制信号等。重点介绍了上电控制电路、GPOL电压产生电路、制冷模式控制电路等关键电路的设计原理与结构。实验结果表明,采集到的红外图像具有噪声低、精度高、稳定性强等特点。当探测器在293 K和353 K之间的黑体照射下,并且积分时间为19 μs时,整个红外图像采集系统采集到的图像噪声电压均值保持在0.4 mV以下。     

高灵敏度II类超晶格长波红外探测系统研究

以Ⅱ类超晶格320×256长波红外探测器为核心部件,开发了一套高灵敏度长波红外探测系统.介绍了Ⅱ类超晶格红外探测器的技术指标及系统的主要结构和工作方式.为充分发挥该红外探测器的灵敏度,设计了高灵敏度信息获取系统,并介绍了该信息获取系统的软硬件设计.该信息获取系统采用了自适应信号调理技术,以降低信息获取噪声,提升探测系统的灵敏度和动态范围.最后对整套长波红外探测系统开展了信息获取噪声测试、系统性能测试及外场成像实验.实验结果表明:长波红外探测系统的信息获取噪声低至0. 065 m V,系统的噪声等效温差(NETD)达到19. 6 m K,黑体探测率为7. 72×10~(10),外场成像质量良好,图像细节清晰,对比度高.该长波红外探测系统有利于推动Ⅱ类超晶格红外探测器在高灵敏度长波红外遥感探测中的应用.     

480×6长波红外探测器的低噪声采集系统设计

480×6长波制冷红外探测器是一款480列,6阶TDI的高探测器率的CMOS探测器.以此探测器为例,介绍了长波红外探测器采集系统的低噪声设计过程.着重解决了硬件电路在满足驱动的条件下如何降低噪声的问题,试验结果表明采集系统工作正常,且具有较好的噪声特性,在300 K黑体直接照射情况下,整个采集系统所测得的均值噪声为1.20 mV,信噪比可达到55 dB以上.     

第十讲 红外系统弱信号前置放大器

在红外系统中,探测器把来自目标的弱辐射信号转换成微弱的电信号.为了不恶化探测器输出的信噪比,前置放大器的噪声必须很低,使红外系统的灵敏度主要由探测器输出的信噪比决定.本文在分析电阻性信号源晶体管放大器噪声特性的基础上,把探测器、偏置电路和前置放大器作为整体,导出偏置电路元件的选择原则和对第一级晶体管噪声特性的要求.介绍了几个用于实际红外系统中锑化铟(InSb)、碲镉汞(HgCdTe)、硫化铅(PbS)和钽酸锂(LiTa?3)等探测器的前置放大器电路.     

基于逐元暗电流抑制的红外探测器读出电路研究

在航天应用领域,大部分中长波红外探测器都工作在高背景下.由于线列碲镉汞(HgCdTe)红外探测器本身的暗电流较大且各像元的暗电流具有很大的非均匀性,采用常规读出电路方案时的输出信号动态范围过小,甚至部分像元的信号电压也无法读出.采用将电压 电流转换和电流存储单元相结合的方法,设计了一种具有逐元背景抑制功能的中波红外探测器线列读出电路.该方法不仅可以抑制不同像元的暗电流,而且还可以有效提高电路的信噪比,并可增大输出信号的动态范围.电路测试结果表明,在90 K低温下,电路输出摆幅为2V,输出电压的非均匀性下降了70％,因此该研究对中长波红外探测器的工程化设计具有重要的指导意义.     

红外探测器用偏置电压源的设计及其低频噪声测量

红外成像系统利用光学系统和红外探测器接收目标物体的红外辐射,并将红外辐射分布图以人眼可观测的方式显示出来。成像处理电路功能包括为探测器提供电源、偏置电压和驱动信号使探测器能够正常工作。偏置电压源的噪声将给探测器的输出引入噪声,增大系统的NETD,降低系统性能。在设计低噪声偏置电压源的基础上,采用经典噪声测量电路对偏置电压源的噪声进行了测量。为测量偏压源的低频噪声,噪声测量电路分为前置放大电路和0.1~10 Hz滤波电路。对红外探测器用偏置电压源各级电压进行噪声测量后,得出了噪声值最小的红外探测器用偏置电压源的设计方案。     

基于nA级电流信号的多通道高精度采集系统设计

在大气成份和含量探测的傅里叶变换光谱探测技术中,红外探测器输出的电流信号一般极其微弱。本文针对电流信号频率为kHz级、电流强度在nA级的多元型红外探测器,通过分析系统噪声来源,选取高精度、低噪声的精密集成运算放大器,合理选取电路参数,设计了一种多通道微弱电流信号高精度采集电路。通过对电路性能进行分析,结果表明,该系统可以精确采集到nA级的1 kHz微弱电流信号,系统的噪声低,满足设计要求。     

红外光谱仪中微弱信号检测电路的低噪声设计

被动式傅里叶变换红外光谱(FTIR)遥感技术越来越多的应用在开放环境中探测目标化合物和气相鉴定,该文设计了基于HgCdTe光电导型红外探测器的红外信号检测电路,该电路在红外遥感系统中用作信号调理,具有高信噪比、高灵敏度的工作特性。根据探测器接收干涉光后输出的微弱电信号来设计微分电路和二级放大电路,运用标准的电路理论为检测电路建立等效噪声模型,通过叠加法计算出电路输出端总的电压噪声和信噪比,最后从工程设计角度提出了抑制噪声的方法。实验结果表明,检测电路在室温,一个标准大气压下能稳定的输出大气干涉红外光转换成的电信号,可实现对大气的红外遥测。     

制冷型红外探测器高精度制冷控温系统

致冷型红外探测器温度的稳定性直接决定了红外系统的性能。设计了针对致冷型红外探测器的高精度温度控制系统,该系统利用MCU进行PID闭环自动控制,温度恒定范围在77～80K,实现了温度稳定度±0.05K的性能指标。该系统具有精度高、抗干扰能力强、噪声低、快速稳定等优点,并且工作可靠,应用方便,具有很高的实用价值。     

液氮温区集成式数字温度传感器设计

温度传感器是制冷型红外焦平面探测器的重要组成部分,它用于测量探测器工作温度,其输出用于制冷机控制,从而控制探测器温度。探测器的工作温度将直接影响探测器的性能,如信噪比、探测率和盲元率等。针对传统PN结温度传感器需要模拟信号处理电路及易受电磁干扰的弊端,设计了一种基于CMOS工艺的集成式数字温度传感器,可以集成到红外焦平面探测器读出电路中,直接通过SPI接口输出数字测温值。设计的集成式数字温度传感器采用0.35 m CMOS工艺流片,芯片面积为380 m500 m（不包含PAD）,在电源电压2.5 V和采样频率6.1次/s条件下,功耗为300 W,分辨率0.061 6 K。在77 K温度下输出的RMS噪声为0.148 K。测试结果表明,集成式数字温度传感器可以应用于制冷型红外焦平面探测器温度测量。     

480×6制冷长波红外探测器的测试

480×6制冷长波红外探测器是新一代光电装备的核心器件,其测试结果能为新一代光电装备提供设计参考数据.480×6制冷长波红外探测器需要至少9路模拟偏压和3路数字信号,才能正常工作.其模拟视频信号输出为16路信号.偏压精度不高或者采集通道之间微小的噪声差异会大大影响测试的精度.88μV的系统电噪声会对D*值带来13.8%的误差.设计了低噪声的480×6长波制冷红外探测器的测试接口电路,编制探测器工作所需要的模拟偏压和数字时序信号,采用4路低噪声采集模块采集探测器4路输出的30×120的图像.编程读出SAS系统*.srs测试文件中的测试数据,对像元进行排序,得到120×120的图像.重复4次,得到480×120的图像.首次完成了480×6制冷长波红外探测器的测试,其D*测试结果为2.726×1011Jones,与3年前的测试结果只有13.8%的偏差.     

热红外高光谱系统信号成分分析及处理

光学系统自身热辐射产生的杂散光以及分光后信号能量的下降,极大影响着热红外高光谱系统的信噪比。光学系统制冷可大大减少系统杂散光,但低温下探测器暗电流对有效信号的影响变得突出。对热红外高光谱系统的信号成分进行理论分析,将探测器输出信号分为四个部分,并对各部分进行测量,得到常温和低温制冷条件下各信号成分以及等效噪声温差的变化规律,找到影响系统性能的关键因素,并给出提高系统信噪比的方案,为我国热红外高光谱系统的进一步发展与实用化提供参考。     

探测器的引线方式对整机噪声的影响

红外探测器是各种红外整机的关键部件,它的输出噪声的大小直接影响着整机的灵敏度。有些探测器在单独测试时,输出噪声并不高,但当它与整机联试时输出噪声有时高出数十倍,数百倍,甚至大到可以淹没信号的程度,以至整个装置无法工作。作者认为,整机上各种频率的机械振动和电磁场的干扰是引起探测器噪声增加的两个主要原因,而改变探测器     

一种具有衬底温度补偿功能的非制冷红外读出电路

针对非制冷红外探测器系统,设计了一种无需衬底温度稳定器——热电制冷器(TEC)的读出电路(ROIC)结构.首先分析了衬底温度对微测辐射热计的特性的影响,利用ROIC对衬底温度变化引起的微测辐射热计的特性的变化进行补偿,实现ROIC的输出信号与衬底无关.该ROIC已在0.5 μm CMOS工艺下成功流片,并应用了到阵列大小为320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上.测试结果表明:在衬底温度变化20 K时,ROIC输出信号仅变化2 mV,实现了去除TEC后衬底温度补偿的功能,有效地降低了系统功耗.该ROIC在低功耗,小体积的非制冷红外探测器上有着广泛的应用.     

一种高性能红外探测器模拟器的研制

为解决红外探测器数据采集系统的测试问题,基于红外探测器件本身的工作特点,研制出了能够模拟红外探测器输出信号的模拟装置。该装置不仅能模拟各种阵列规模的红外探测器,输出准确的量化图像数据,而且能为数据采集系统提供所需的帧、行、像元及相关双采样同步触发信号。利用模拟装置输出的量化图像数据实现了红外探测器数据采集系统的定性检查和定量校准,为红外探测器数据采集系统的高效准确测量提供了有价值的参考。     

红外探测器集成图像信号处理芯片设计

在红外信号处理中,红外探测器原始输出图像存在非均匀性严重、噪声大、对比度低等问题,无法满足武器装备对图像质量的要求。为解决红外图像信号数据量大、算法复杂、系统实时性强等系列问题,研制红外探测器集成图像信号处理电路,以减小体积、降低功耗、提升性能。     

电子信号处理

高灵敏度红外系统的需要,引起了高灵敏度(低噪声)探测器的发展。确实,现代红外探测器往往受背景限制。常常可以忽略由光子感应的产生-复合噪声。因此,如果要维持一个系统受背景限制,那么电子处理设备的噪声相对于探测器噪声必须可以忽略。探测器输出的电信号往往是微伏级的,在这种情况下,为保持探测器的灵敏度.不