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320×240非制冷红外焦平面探测器测试系统的研究与实现

作　者: 阙旻
导　师: 蒋宁
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 非制冷红外焦平面阵列测试系统特性参数数据采集
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

红外焦平面阵列技术因其在隐蔽性、抗干扰和检测精度上具有无可比拟的优势,经过几十年的迅速发展,在各领域都有了广泛应用。随着技术的深入发展,如何准确描述红外焦平面阵列的特性逐渐成为了焦平面技术发展的瓶颈。红外焦平面阵列作为红外探测系统的核心器件,其性能直接影响甚至决定着整个系统的质量。要对红外焦平面阵列探测器进行准确评价,一个精确有效的红外焦平面阵列探测器测试系统是必不可少的。因此,无论是对于器件的设计制造者,还是对于器件的使用者,针对红外焦平面阵列探测器进行性能参数测试都是非常必要的。红外焦平面阵列性能参数测试与单元红外探测器的测试有很大不同,焦平面阵列集成了数以万计的探测单元,每个单元的特性参数难以保证完全一致。因此,红外焦平面阵列的特性参数只能使用统计值加以评价。这就要求测试系统要能快速、准确地处理各种数据以如实评价焦平面阵列的各项性能。本论文首先研究了非制冷红外焦平面阵列探测器的测试原理和方法,在确定各种参数的算法后,提出了测试系统的总体方案。根据测试系统的要求,首先对焦平面的驱动电路和温控电路进行了优化,以抑制输出信号的噪声。选择了FPGA控制PCI Express总线接口的传输方案。在硬件设计基础上,开发了计算机程序,实现了电脑与FPGA之间的数据传输,并对数据进行存储、处理和结果显示。最后,用标准器件验证测试系统的功能,对各主要性能参数如噪声、探测率、响应率和噪声等效温差等参数进行测试。经调试验证该非制冷红外焦平面测试系统能稳定工作,满足焦平面阵列参数测试对噪声、精度、实时性、可靠性的要求。同时本系统还具有成本低、可扩展性强的特点。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 非制冷红外焦平面阵列技术  10-11
  1.2 红外探测器测试系统的作用与发展现状  11-13
  1.3 本人完成的工作和论文的结构安排  13-15
第二章测试系统的基本原理与结构框架  15-25
  2.1 测试系统的基本原理  15
  2.2 测试方法  15-22
    2.2.1 响应电压  15-17
      2.2.1.1 像元响应电压  15-17
      2.2.1.2 平均响应电压  17
    2.2.2 响应率  17-18
      2.2.2.1 像元响应率  17-18
      2.2.2.2 平均响应率  18
    2.2.3 噪声  18-19
      2.2.3.1 均方根（RMS）噪声  18-19
      2.2.3.2 空间噪声  19
    2.2.4 噪声等效温差  19
    2.2.5 噪声等效功率  19-20
    2.2.6 探测率  20
    2.2.7 无效像元  20-22
    2.2.8 动态范围  22
  2.3 测试系统的结构框架  22-25
第三章探测器驱动模块  25-41
  3.1 时序控制  25-30
    3.1.1 探测器输入输出时序信号及其特征  25-27
    3.1.2 时序控制模块设计  27-30
      3.1.2.1 代码功能设计  28
      3.1.2.2 功能仿真与信号检测  28-30
  3.2 直流偏置  30-33
    3.2.1 相关器件选择  30-31
    3.2.2 反馈电阻阻值  31
    3.2.3 输入电压Vi 及R1 的确定  31-32
    3.2.4 电路实现  32-33
  3.3 温度控制  33-41
    3.3.1 控制器选择  33
    3.3.2 温度控制原理  33-34
    3.3.3 温度控制电路设计  34-39
      3.3.3.1 控制器供电电压选择  34-35
      3.3.3.2 温度点设定  35-36
      3.3.3.3 PID 网络设定  36-38
      3.3.3.4 限压与限流设置  38-39
    3.3.4 温控电路调试与测试结果  39-41
第四章数据采集模块  41-63
  4.1 模数转换电路  41-49
    4.1.1 模数转换器的选择  41-43
    4.1.2 模数转换电路设计  43-47
      4.1.2.1 模拟输入  43-44
      4.1.2.2 动态范围设置  44-46
      4.1.2.3 数字输入与输出  46-47
    4.1.3 电路板设计  47-49
  4.2 视频输出模块  49-56
    4.2.1 视频输出模块结构  49
    4.2.2 VGA 时序  49-51
    4.2.3 FPGA 控制  51-56
      4.2.3.1 数据读写模块  52-53
      4.2.3.2 VGA 控制模块  53-55
      4.2.3.3 模块功能仿真与实际显示效果  55-56
  4.3 数据采集卡  56-63
    4.3.1 PCI Express 总线  56-58
    4.3.2 基于PHY 和FPGA 的采集卡  58-60
    4.3.3 采集卡逻辑控制  60-61
    4.3.4 采集卡驱动程序  61-63
第五章数据分析处理模块  63-68
  5.1 基本参数配置  63-64
  5.2 数据采集与分析计算  64-66
  5.3 系统验证与测试结果  66-68
第六章总结与展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
攻读硕士学位期间的研究成果  73-74

320×240非制冷红外焦平面探测器测试系统的研究与实现

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