热机械光读出非制冷红外成像系统建模分析

针对热机械光读出非制冷红外成像系统缺乏系统级噪声模型的问题,本文提出了一种光电耦合模型.此模型以光电耦合器件的模式体现了光读出非制冷红外系统的噪声隔离特性.基于此模型,文中将系统噪声划分为由焦平面阵列(FPA)引入的内部噪声和由于光读出系统引入的外部噪声.理论计算显示,系统的内部噪声对应的噪声等效温差(NETD)为5.94 mK .实验结果显示,系统的外部噪声对应的NETD 与系统的总噪声对应的NETD 相当,为98 mK .此结果说明,理论模型中对内部噪声影响的推断是合理的,且光读出成像系统的噪声主要源自外部噪声.     

基于NETD的红外热像仪图像预处理方法研究

噪声等效温差(NETD)是红外热像仪的重要参数,它能够体现红外探测器的噪声特性。在剔除无效像元的基础上,利用线性滤波、非线性滤波、直方图均衡化和多尺度图像增强等算法对热像仪原始数据进行图像预处理;用实验者对画质和图像细节的直接观察作为定性判据,噪声等效温差作为定量判据,综合评价图像预处理算法的优劣。通过实验发现,线性滤波后进行多尺度图像增强的方式能够使图像细节更清晰,同时噪声等效温差减小约25.9%,是目前较为适合的实验用热像仪的图像预处理方式。     

噪声选区对热像仪NETD测量结果的影响

噪声等效温差（NETD）是评价热像仪探测目标灵敏程度和噪声大小的重要客观参数，在采用信号传递函数方法测试热像仪的NETD参数时需计算热像仪的噪声。通过对计算方法的分析和试验表明，由于背景区域选择的随意性会给噪声计算结果带来较大的分散性，进而使NETD测量结果的准确性也受到影响。选择目标区域的噪声进行计算时，测量结果的一致性较好，也能更好地符合NETD参数的定义。     

基于STA/LTA改进的CEEMD-SVD微震信号降噪算法

针对煤矿井下工作环境复杂,采集到的微震信号包含大量噪声信号,严重影响对微震信号的拾取、定位和反演。采用互补集合经验模态分解(complementary set empirical mode decomposition, CEEMD)联合奇异值分解(singular value decomposition, SVD)与长短时窗法(STA/LTA)相结合的降噪算法。利用CEEMD分解微震信号,得到固有模态分量(inherent modal component, IMF),依据相关系数确定噪声主导的IMF和信号主导的IMF,通过STA/LTA去除CEEMD产生的伪分量。对噪声主导的分量进行SVD分解降噪后与信号主导的分量及剩余分量重构得到降噪后信号。加入模拟噪声信号与实际采集的微震信号进行仿真实验,结果表明本文算法在保证小剩余噪声干扰的情况下,可以节省计算时间。通过与经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)、聚合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)及新型自适应聚合经验模态分解(nove...     

基于潜标的海洋环境噪声测量系统

对海洋环境噪声测量系统技术进行了研究,设计和实现了一种基于潜标的海洋环境噪声测量系统,并进行了海上试验.该系统采用潜标的布放方式,利用矢量水听器测量浅海海洋环境噪声场的低频噪声.矢量水听器同步测量声场空间一点处的声压和质点振速三个正交分量, 测量信号经预处理后,对信号进行数模变换,得到的噪声数据可以在潜标中自记录或通过水面浮标传输到岸站存储.对噪声测量方法进行的分析和海上试验的结果表明,该系统稳定可靠,能正确地拾取海洋环境噪声.     

采用统计方法减小黑体辐射源比较分度噪声等效温差

分析了黑体辐射源比较测量过程的特点,采用消除辐射温度计线性漂移的比较测量方法,抑制辐射温度计输出非线性漂移和随机噪声影响统计平均处理方法,减小辐射温度计的噪声等效温差.使用不同的统计平均数量,得到相应测量条件下黑体辐射源比较分度的测量水平.测量结果中噪声等效温差可以优于0.01℃.统计处理方法不仅可以应用在黑体辐射源比较分度中,而且可以扩展应用在与黑体辐射源比较分度类似比较测量过程.     

双圆锥扫描红外地球模拟器精密光学校准

对地球模拟器进行光学精密校准是保证双圆锥扫描红外地平仪单机地面性能测试的必要前提.采用两台电子经纬仪建立三维坐标实时测量系统,实现对双圆锥扫描红外地平仪地球模拟器的精密光学校准.根据理论设计值作为参考值,与实际测量值进行比较,反复放样测量,进而调整地球模拟器的冷热边界,调校精度可使地球模拟器边界特征点坐标的定位误差控制在0.2 mm 之内.高精度位置控制保证了双圆锥扫描红外地平仪高精度的噪声等效角性能测试,可以保证噪声等效角(3σ)控制在0.07°以下.     

可变带通滤波器在CCD噪声处理中的应用

针对CCD输出噪声特点,采用基于带通滤波采样技术的CCD噪声分析方法,即利用中心频率可调的有源带通滤波器对宽带白噪声的抑制.该方法考虑了对CCD采样时刻的非稳态性,能在有效地提取目标信号的同时,可使等效噪声带宽保持较低,从而最大限度地减少输出信号的噪声.在分析白噪声特性及模型的基础上,分别给出了理论计算和仿真实验.其对比结果表明,理论分析和数值模拟具有高度的近似性,证明该方法的有效性.     

基于抗串扰自适应噪声抵消器的参考输入预处理ANC系统

针对有信号存在情况下的声场有源噪声抵消(ANC)应用,提出了一种能够在降低声场干扰噪声的同时,尽量减小信号失真的ANC系统.通过抗串扰自适应噪声抵消器(CRANC)对传统ANC系统的参考输入进行预处理,降低了ANC系统中信号和噪声之间的相互干扰,在理论上保证了系统具有声场信噪比提升能力.理论分析和仿真对比实验表明,该系统比现有系统具有更可靠的信号背景下ANC能力.     

白光干涉数据的三维去噪研究

介绍了白光干涉系统噪声来源及其对白光干涉图像的影响;扫描白光干涉过程中既引入了时间噪声,又引入了空间噪声,使干涉数据的噪声呈复杂的时空分布;只对干涉数据进行单分量的传统去噪方法无法完全去除噪声,且会造成图像数据的畸变;利用三维噪声理论分析了白光干涉系统的噪声特性,并对干涉数据进行时间和空间分量的噪声处理,在去除噪声的同时,又避免了原始数据发生时空畸变;为了实现实时处理,设计了相应的基于图形处理器(Graphic Processing Unit,GPU)的并行算法,解决了三维去噪与重建耗时严重的问题。     

Double triangular prism filter based on the optical-readout method in a microelectromechanical infrared imaging system

This paper presents a novel filtering method with a double triangular prism in an optical-readout thermal imaging system. First, the working principle of this system is described in detail, followed by the analysis of sensitivity. Then, infrared images of hands are obtained. On the basis of the analysis, it is concluded that this filtering method, whose noise equivalent temperature difference (NETD) can reach 145 mK, is effective in obtaining high-quality images. Finally, comparing the filtering method with a knife-edge filter, we can draw the conclusion that the filtering method can effectively improve image quality (the value of NETD is less than that of a knife-edge filter).     

FPN Sources in Bolometric Infrared Detectors

Low manufacturing cost and ease of use favor spreading of 2-D bolometric infrared detector arrays over various application domains such as predictive maintenance, medical imaging, automotive industry, and security. The infrared detector's main figure of merit has long been the noise equivalent temperature difference (NETD), which sets the minimum temperature difference distinguishable from background noise at sensor output. However, while nowadays uncooled detectors have achieved sufficient NETD, fixed pattern noise (FPN) is indeed becoming a crucial figure of merit especially when the focal plane array (FPA) is not regulated by a thermoelectric cooler (TEC). In this paper, we study the various sources of dispersion of infrared bolometric detectors and their respective impact on FPN in the resulting image. We propose an analytical model to identify main sources of nonuniformity, and the confrontation of results with actual measurements leads to the ability of a highly accurate on-chip thermal drift compensation.      

基于振动噪声信号的齿轮传动系统声压级预测

文中提出一种新的齿轮箱噪声预测方法,它与传统的仅用声压计测量方法不同：该方法采用多个加速度和噪声传感器对齿轮箱进行监测并获取振动和噪声信号;先通过成熟的“以振代噪”技术,计算振动信号的噪声评估向量;然后根据组合预测方法,采用应用线性神经网络算法预测出齿轮箱的声压级,并且通过实验验证其准确性有效性。     

Design of a Novel Substrate-Free Double-Layer-Cantilever FPA Applied for Uncooled Optical-Readable Infrared Imaging System

This paper describes the design and performances of a novel focal-plane array (FPA) containing pixels of double bimaterial-layer cantilevers without silicon (Si) substrate for being applied in the uncooled optical-readable infrared (IR) imaging system. The top layer of the cantilever pixels is made of two materials with large mismatching thermal expansion coefficients: silicon nitride (SiN_x) and gold (Au), which convert IR heat into mechanical deflection. The bottom layer is SiN_x cantilever, which partially serves thermal isolation legs. The top and bottom pads form the resonant cavity, which can dramatically enhance the absorption of incident IR irradiation, and the substrate-free configuration enables reducing the loss of incident IR energy. Responding to the IR source with spectral range from 8 to 14 mum, the IR imaging system may receive an IR images through visible optical readout method. A thermal-mechanical model for such cantilever microstructure is proposed, and the thermal and thermal-mechanical coupling field characteristics of the cantilever microstructure are optimized through numerical analysis method and simulation by using the finite-element method. The thermal-mechanical deflection simulated is 7.2 mum/K, generally in good agreement with what the thermal-mechanical model and numerical analysis forecast. The analysis suggests that the detection resolution of current design is 0.03 K, whereas the noise analysis from FPA indicates the current resolution to be around 100 muK and the limit noise-equivalent temperature difference (NETD) of the IR imaging system can reach to 7 mK.     

利用ANP数据预测飞机边线噪声方法研究

不同于飞机进场和起飞时噪声的测量点位置基本固定,在实际噪声测量过程中,边线噪声测量点的位置无法固定,使得边线噪声级难以准确测量。而利用美国汽车工程师学会(Society of Automotive Engineers,SAE)提供的飞机噪声与性能数据库(Aircraft Noise and Performance,ANP),可以计算出不同飞机起飞过程中的边线噪声有效感觉噪声级。其中包括计算起飞剖面航迹,利用噪声-功率距离(Noise-Power-Distance,NPD)数据插值计算,确定噪声级修正参数等内容。通过得出的不同机型在标准状态下的边线噪声数据,可以进一步判定边线噪声测量点的摆放位置,从而使得在实际测量过程中可以得到更准确的噪声数据。这不仅对同类型飞机的边线噪声预测起到一定的帮助作用,还可以缩短新飞机噪声的合格审定周期。     

飞越适航噪声时域信号预测方法研究

以往对发动机有效感觉噪声级的预测研究是通过1/3倍频程谱进行计算,从而得到发动机地面预测有效感觉噪声级,而使用时域噪声数据进行发动机有效感觉噪声级预测的研究相对较少。研究了飞机起飞飞越过程中的噪声传播特性的计算方法,使用该方法来模拟计算飞机一台发动机在起飞飞越过程中地面飞越噪声测量点接收到的时域噪声信号数据。根据ANP数据库数据计算飞机起飞飞越航迹,使用声线法计算使用某时刻噪声声压信号传递的路程和时间,根据飞机速度方向与飞越地面噪声测量点的角度来确定该时刻噪声信号的最大声压值,最后得出飞机发动机在起飞飞越过程中部分时间内地面噪声测量点接受的时域信号数据,对飞机噪声适航审定提供一定的理论依据。     

噪声温度计中新型数字相关器设计

分析了噪声温度计中相关器的基本原理和特点,设计了一种基于商用数据采集卡和LabVIEW软件的新 型数字相关器,用于极小幅度的热噪声谱的测量。通过调节外部参考时钟的相位,控制相关器两个通道的精确同 步采样,能够实现淹没在测量电路噪声背景下的微弱信号的测量。实验结果表明,该数字相关器设计切实可行,性 能可靠,为噪声温度计测量热力学温度奠定了基础。     

成像降质效应对前视红外图像质量的影响分析

前视红外图像质量对于目标检测与跟踪算法能否准确定位目标具有十分重要的作用。目前对自动目标识别领域前视红外图像质量的研究大都与场景内容相关,而忽视了成像降质效应对图像质量的影响。本文通过分析噪声和模糊两种降质效应的成因,结合前人的模拟方法,得到了高性能前视红外成像设备获取的图像中噪声和模糊模拟的新方法。将该方法用于分析不同程度噪声和模糊对图像质量的影响,结果显示,噪声对于图像质量有害,而模糊对于图像质量并不一定有害。基于这一结论,采用去噪方法对前视红外图像进行预处理。对比实验结果表明,该方法比去模糊方法能更有效地提高匹配概率。     

车用交流发电机气动噪声试验研究

针对某型汽车交流发电机在高速段（6 000 r/min以上）噪声源以及各主要阶次对总噪声的贡献量问题,对交流发电机进行噪声测试分析。通过阶次分析得出气动噪声的频率特性,采用交流发电机有无前、后扇叶分别单独运转等试验方法确定各阶次噪声的具体来源以及前后扇叶对主要单阶次贡献量的大小。得到前后扇叶为该型交流发电机的气动噪声声源,第6、8、10、12、18等阶次为该型交流发电机的主要气动噪声成分;前扇叶对12、18阶次噪声贡献明显比后扇叶大,后扇叶对6、8、10阶次噪声的贡献较前扇叶大。该方法对汽车交流发电机的气动性能和高转速下噪声的改进提供一种切实可行的依据。