非致冷紅外焦平面探測器系統(tǒng)中若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、熱成像技術(shù)又稱紅外夜視技術(shù),是構(gòu)成夜視技術(shù)的主要技術(shù)之一。這里指的是所謂被動紅外夜視技術(shù),主要借助于目標(biāo)自身發(fā)射的紅外輻射,通過將紅外光譜區(qū)的信息轉(zhuǎn)換為人眼可識別的可見光信號,實現(xiàn)黑暗條件下的觀察與跟蹤。熱成像技術(shù)的核心器件是紅外探測器,其中非致冷型的紅外探測器以其價格、體積和重量方面的優(yōu)勢在民用、工業(yè)和軍事領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。
　　 本文針對紅外焦平面探測器系統(tǒng)在包括夜間及野外環(huán)境下的實際應(yīng)用的需要開展研究,給出一個非致冷紅

2、外焦平面探測器系統(tǒng)及其電源管理系統(tǒng)的設(shè)計。論文研究的內(nèi)容包括非致冷型紅外焦平面探測器的信號處理電路、紅外焦平面非均勻性的校正方法、光伏電源管理系統(tǒng)最大功率點跟蹤控制系統(tǒng)、光伏電池充電控制器系統(tǒng)、自適應(yīng)偽連續(xù)導(dǎo)通模式控制的單電感多(雙)輸出Buck控制器系統(tǒng)等,在深入探討和分析與之相關(guān)的原理和方法基礎(chǔ)上,提出了該探測器系統(tǒng)的總體構(gòu)成,確定了相應(yīng)的控制策略,設(shè)計與研制了相應(yīng)的電路芯片。測試與仿真的結(jié)果表明主要的設(shè)計目標(biāo)均已實現(xiàn)。
　　

3、 本文的主要研究工作和創(chuàng)新成果在于:
　　 (1)在深入研究電阻測輻射熱計、熱電探測器、鐵電測輻射熱計和溫差電探測器等幾種測輻射熱計性能的基礎(chǔ)上,針對采用熱敏電阻測輻射熱計方案,提出相應(yīng)的版圖工藝流程和探測器的主要性能指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上,在Spectre環(huán)境下,對320×240像素單元面陣的信號處理電路進(jìn)行設(shè)計和仿真驗證,電路包括數(shù)字控制部分和像元電路、盲元電路、積分器及采樣電路等模擬控制部分,特別對信號處理電路中的噪聲問題進(jìn)行

4、了深入分析。系統(tǒng)仿真結(jié)果符合預(yù)期,芯片進(jìn)行了流片試制和測試驗證,并對結(jié)果進(jìn)行了分析。
　　 (2)在總結(jié)兩點溫度定標(biāo)法、恒定統(tǒng)計平均法、高通濾波校正算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、基于場景的代數(shù)算法和基于干擾抵消原理的自適應(yīng)算法等紅外焦平面探測器非均勻性校正算法的基礎(chǔ)上,提出自適應(yīng)定標(biāo)非均勻性校正算法,該方法能根據(jù)環(huán)境溫度的變化,實時調(diào)整非均勻性校正的增益系數(shù)和偏移系數(shù),經(jīng)matlab仿真驗證表明所預(yù)期的目標(biāo)均可實現(xiàn)。
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5、)針對其移動應(yīng)用的特點,給出一個可用光伏電池供電的紅外焦平面探測器系統(tǒng)電源管理系統(tǒng)(包括能量獲取、充電控制和能量分配三個部分),重點解決了光伏電池的最大功率點跟蹤和蓄電池組的充電控制。在分析研究固定電壓法、干擾觀測法和電導(dǎo)增量法等光伏電池最大功率點跟蹤策略的基礎(chǔ)上,提出集成固定電壓法和干擾觀測法兩種最大功率點跟蹤算法的光伏電池最大功率點跟蹤策略；針對紅外焦平面探測器系統(tǒng)實際工作條件和蓄電池充電控制的需要,提出四階段充電方式的充電控制策略

6、。上述控制芯片經(jīng)流片試制和測試,結(jié)果符合預(yù)期。此外,針對系統(tǒng)需要多電源電壓供電的實際情況,提出一種單電感多輸出Buck控制器的電路結(jié)構(gòu),其中采用偽連續(xù)導(dǎo)通模式(PCCM)控制方案以防止交叉干擾并實現(xiàn)較大的驅(qū)動能力,且能根據(jù)輸出負(fù)載變化實時調(diào)整充電電流等級,實現(xiàn)自適應(yīng)控制。
　　 整篇論文對非致冷紅外焦平面探測器系統(tǒng)及其電源管理系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究和討論,從系統(tǒng)構(gòu)成、電路設(shè)計、控制策略與算法到后端實現(xiàn)等均進(jìn)行了細(xì)致的工