微測(cè)輻射熱計(jì)陣列性能及信號(hào)處理電路研究.pdf

1、紅外熱成像技術(shù)是當(dāng)今夜視技術(shù)的重要組成部分，并且已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)國(guó)家軍事實(shí)力和武器裝備水平的重要標(biāo)志?；谖y(cè)輻射熱計(jì)陣列的非制冷紅外熱成像技術(shù)，憑借其體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為當(dāng)今紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。本文從我國(guó)非制冷紅外熱成像技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，針對(duì)進(jìn)口的商業(yè)級(jí)微測(cè)輻射熱計(jì)陣列低溫環(huán)境下工作性能和成像質(zhì)量差的問(wèn)題，展開(kāi)了微測(cè)輻射熱計(jì)陣列性能及信號(hào)處理電路研究，研制出具有-40℃～60℃環(huán)境溫度適用范圍

2、，滿足我國(guó)軍事應(yīng)用需求，高性能，低功耗，小型化的微測(cè)輻射熱計(jì)陣列熱成像系統(tǒng)。 根據(jù)非制冷紅外熱成像技術(shù)的基本原理，本文首先研究了紅外熱成像系統(tǒng)理論，為微測(cè)輻射熱計(jì)陣列性能及信號(hào)處理電路的深入研究提供了理論基礎(chǔ)。 從微測(cè)輻射熱計(jì)陣列的基本結(jié)構(gòu)和工作原理入手，本文深入研究了微測(cè)輻射熱計(jì)陣列的響應(yīng)特性和功耗特性，分別探討了微測(cè)輻射熱計(jì)陣列的工作溫度、偏置電壓以及熱結(jié)構(gòu)等參數(shù)對(duì)其響應(yīng)性能、功耗特性和成像質(zhì)量等方面的影響，找出了進(jìn)

3、口微測(cè)輻射熱計(jì)陣列低溫環(huán)境下工作性能和成像質(zhì)量下降的原因。 針對(duì)微測(cè)輻射熱計(jì)陣列性能研究結(jié)果，本文分別完成了微測(cè)輻射熱計(jì)陣列環(huán)境溫度適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)和偏置電壓適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出進(jìn)口微測(cè)輻射熱計(jì)陣列采用多個(gè)工作溫度點(diǎn)和相應(yīng)的偏置電壓值工作，可以改善微測(cè)輻射熱計(jì)陣列低溫環(huán)境下的響應(yīng)性能、功耗特性和成像質(zhì)量。 由于進(jìn)口微測(cè)輻射熱計(jì)陣列采用單工作溫度點(diǎn)工作，不能滿足軍用熱成像系統(tǒng)的環(huán)境溫度適用范圍，因此本文提出了高精度多溫度

4、點(diǎn)TEC(熱電制冷器)溫度控制方法，并研制了相應(yīng)的溫控電路，使進(jìn)口微測(cè)輻射熱計(jì)陣列可以根據(jù)環(huán)境溫度的變化自適應(yīng)地選擇合適的工作溫度點(diǎn)和偏置電壓值，提高了微測(cè)輻射熱計(jì)陣列熱成像系統(tǒng)的工作性能和成像質(zhì)量，擴(kuò)展了系統(tǒng)的環(huán)境溫度適用范圍，使系統(tǒng)的功耗指標(biāo)滿足了軍事應(yīng)用需求。 鑒于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室一次性標(biāo)定所帶來(lái)的紅外熱成像系統(tǒng)的響應(yīng)漂移問(wèn)題，本文提出了基于兩點(diǎn)校正的實(shí)時(shí)標(biāo)定方法，并研制了相應(yīng)的標(biāo)定電路，實(shí)現(xiàn)了微測(cè)輻射熱計(jì)陣列熱成像系統(tǒng)非均勻

5、性校正系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)更新，補(bǔ)償了系統(tǒng)的響應(yīng)漂移，提高了系統(tǒng)的成像質(zhì)量。 為了滿足微測(cè)輻射熱計(jì)陣列熱成像系統(tǒng)的小型化需求，本文提出了用FPGA內(nèi)部的NiosⅡ嵌入式可配置軟核處理器替代DSP的系統(tǒng)成像方案，重新設(shè)計(jì)并研制了基于FPGA的信號(hào)處理電路，減小了信號(hào)處理電路板和整個(gè)熱成像系統(tǒng)的體積。 利用合作單位提供的測(cè)試設(shè)備和目前已有的紅外熱成像系統(tǒng)的性能模型，本文對(duì)所研制的微測(cè)輻射熱計(jì)陣列熱成像系統(tǒng)進(jìn)行了工作性能測(cè)試評(píng)估和圖