非致冷紅外焦平面探測(cè)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(chēng)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(dòng)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(guò)將紅外光譜區(qū)的信息轉(zhuǎn)換為人眼可識(shí)別的可見(jiàn)光信號(hào),實(shí)現(xiàn)黑暗條件下的觀(guān)察與跟蹤。熱成像技術(shù)的核心器件是紅外探測(cè)器,其中非致冷型的紅外探測(cè)器以其價(jià)格、體積和重量方面的優(yōu)勢(shì)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(duì)紅外焦平面探測(cè)器系統(tǒng)在包括夜間及野外環(huán)境下的實(shí)際應(yīng)用的需要開(kāi)展研究,給出一個(gè)非致冷紅

2、外焦平面探測(cè)器系統(tǒng)及其電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。論文研究的內(nèi)容包括非致冷型紅外焦平面探測(cè)器的信號(hào)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(diǎn)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(cè)器系統(tǒng)的總體構(gòu)成,確定了相應(yīng)的控制策略,設(shè)計(jì)與研制了相應(yīng)的電路芯片。測(cè)試與仿真的結(jié)果表明主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)均已實(shí)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(cè)輻射熱計(jì)、熱電探測(cè)器、鐵電測(cè)輻射熱計(jì)和溫差電探測(cè)器等幾種測(cè)輻射熱計(jì)性能的基礎(chǔ)上,針對(duì)采用熱敏電阻測(cè)輻射熱計(jì)方案,提出相應(yīng)的版圖工藝流程和探測(cè)器的主要性能指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上,在Spectre環(huán)境下,對(duì)320×240像素單元面陣的信號(hào)處理電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)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(duì)信號(hào)處理電路中的噪聲問(wèn)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(cè)試驗(yàn)證,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。
　　 (2)在總結(jié)兩點(diǎn)溫度定標(biāo)法、恒定統(tǒng)計(jì)平均法、高通濾波校正算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、基于場(chǎng)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(cè)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(shí)時(shí)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(yàn)證表明所預(yù)期的目標(biāo)均可實(shí)現(xiàn)。
　　 (3

5、)針對(duì)其移動(dòng)應(yīng)用的特點(diǎn),給出一個(gè)可用光伏電池供電的紅外焦平面探測(cè)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(gè)部分),重點(diǎn)解決了光伏電池的最大功率點(diǎn)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(guān)測(cè)法和電導(dǎo)增量法等光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤策略的基礎(chǔ)上,提出集成固定電壓法和干擾觀(guān)測(cè)法兩種最大功率點(diǎn)跟蹤算法的光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤策略；針對(duì)紅外焦平面探測(cè)器系統(tǒng)實(shí)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(cè)試,結(jié)果符合預(yù)期。此外,針對(duì)系統(tǒng)需要多電源電壓供電的實(shí)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(shí)現(xiàn)較大的驅(qū)動(dòng)能力,且能根據(jù)輸出負(fù)載變化實(shí)時(shí)調(diào)整充電電流等級(jí),實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。
　　 整篇論文對(duì)非致冷紅外焦平面探測(cè)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(jì)、控制策略與算法到后端實(shí)現(xiàn)等均進(jìn)行了細(xì)致的工