复杂环境下弱信号红外探测系统灵敏度需求及实现方法研究

针对真实环境条件下远距离对红外弱信号目标的成像探测任务,首先需结合中波及长波红外所选探测谱段分析各类复杂气象条件下大气传输对信号的衰减效应,提出红外系统在复杂环境下有效实现对弱信号目标远距离成像探测的灵敏度需求为系统噪声等效温差(NETD)达到5 mK;然后分析中波及长波红外系统NETD实现5 mK的技术难度,最后选用像素级数字化积分体制实现了甚高灵敏度的中波及长波红外系统并进行了NETD测试和成像探测试验。     

高灵敏度II类超晶格长波红外探测系统研究

以Ⅱ类超晶格320×256长波红外探测器为核心部件,开发了一套高灵敏度长波红外探测系统.介绍了Ⅱ类超晶格红外探测器的技术指标及系统的主要结构和工作方式.为充分发挥该红外探测器的灵敏度,设计了高灵敏度信息获取系统,并介绍了该信息获取系统的软硬件设计.该信息获取系统采用了自适应信号调理技术,以降低信息获取噪声,提升探测系统的灵敏度和动态范围.最后对整套长波红外探测系统开展了信息获取噪声测试、系统性能测试及外场成像实验.实验结果表明:长波红外探测系统的信息获取噪声低至0. 065 m V,系统的噪声等效温差(NETD)达到19. 6 m K,黑体探测率为7. 72×10~(10),外场成像质量良好,图像细节清晰,对比度高.该长波红外探测系统有利于推动Ⅱ类超晶格红外探测器在高灵敏度长波红外遥感探测中的应用.     

红外焦平面阵列多次采样滤波技术

针对红外图像信噪比不高和当前常用的二维时间延迟积分(2D-TDI)算法仅适用于静止和缓慢运动目标场合的问题,分析了信号的采集原理以及噪声特性,提出了红外焦平面阵列(IRFPA)多次采样滤波技术,通过对一帧图像的同一像元点进行多次采样的方法,在降低红外图像的随机时间域噪声的同时,保证其能够应用于快速运动目标场合;图像对比和数据测试结果表明:红外焦平面阵列多次采样滤波技术不仅具有与2D-TDI算法同等的提高红外图像信噪比的能力--将红外图像的NETD降低到原红外图像的1/√n倍(n为对同一像元点的有效采样次数),而且突破了2D-TDI算法应用场合的限制,其能够适应于快速运动目标场景,对红外热像仪的性能提升有重要意义.     

多次采样技术在红外推扫系统中的分析与应用

介绍了影响红外推扫系统噪声等效温差(NETD)的参数,证明了多次采样技术可以显著降低系统NETD,提出了在驻留时间一定的情况下选择积分时间和采样次数的原则.通过短波红外相机实验表明多次采样技术可以显著提高图像质量.     

噪声特性对多次采样累加平均技术的影响

在加性白噪声干扰下,对长驻留时间成像光谱仪运用多.次采样累加平均技术可以使信噪比随采样累加平均次数的平方根增长.实际系统中的噪声可能包含有色噪声成分,使得多次采样累加平均技术存在一定的应用限制.通过对数字累加平均处理后信噪比的变化进行理论推导与分析,得出了噪声的自相关特性对信噪比的影响.根据对暗信号和积分球面源信号分别进行2至300次累加平均并计算信嗓比,证明CCD成像光谱仪系统及愉入信号中存在有色噪声.当有色噪声相关性小时,家加次数低于50仍能得到理想白噪声时的效果.     

长波红外高灵敏度信息采集系统设计

本文针对特定长波红外焦平面(288×384像元)探测器,选用低噪直流电源和低压差线性稳压器组合,实现了该红外焦平面模拟和数字驱动电路。分析提升长波红外探测灵敏度的关键要点,设计了高灵敏度信息采集电路。该红外成像系统具有高帧频、高灵敏度的优点。实验室测试得到该长波红外探测系统噪声等效温差(NETD)在300 K下优于30 m K。     

高信噪比红外信号采集电路研究

基于某制冷型红外焦平面探测器,介绍了一种高信噪比的模拟信号采集电路。使用了噪声分析法对电路噪声来源进行分析,建立了低噪声的信号变换路径;采用信噪比(SNR)和噪声等效温差(NETD)测试相结合的方法,对电路和成像组件指标进行评价;测试结果表明,组件SNR可达76 dB,NETD可达17.5 mK(环境温度300 K),信号采集过程中噪声引入量少,组件能够实现对远距离微弱小目标的探测。     

一种全谱段多光谱遥感器的星上信息处理系统

全谱段多光谱星上信息处理系统应用于某型号多光谱遥感器,由可见光信息处理电路及红外信息处理电路构成。该系统基于推扫成像的遥感器设计方案,通过外同步控制方式,完成了可见光、短中波红外、长波红外探测器的时序控制与驱动、模拟信号采集与处理、数字信号整合与格式编排等功能,具有多焦面同步工作、采集模拟通道多、信噪比高的特点。最终系统共采集32路模拟图像信号,输出量化位数为14 bit,五路串行LVDS输出,单路数据率为30 Mbps。在给定的测试条件下,实验室环境实测可见光通道、短波红外通道信噪比分别达到307和422,中波红外通道、长波红外通道NETD分别达到0.14 K和0.16 K。并使用可见光通道进行了外景成像,得到了良好的图像数据。通过实验室测试及外景成像验证了本系统能够满足遥感器使用需求。     

利用NETD和探测器测试数据计算红外成像系统扫描效率

红外成像系统的扫描效率η与系统的噪声等效温差(NETD)有关.利用NETD的理论公式以及探测器的测试结果,例如相对光谱响应、黑体探测率等,可以导出另外一种计算η的表达式,其中的光谱积分项容易利用MATLAB提供的样条函数命令做数值积分求解.该表达式也许可以作为扫描效率η的一种间接测试方法.     

利用NETD和探测器测试数据计算红外成像系统的噪声等效带宽

因为涉及参数较多,红外成像系统的噪声等效带宽有时不易计算或确定.△fn与噪声等效温差(NETD)有关.利用NETD的理论公式以及探测器的测试结果,例如相对光谱响应、黑体探测率等,可以导出一个新的△fn表达式,其中的光谱积分项容易利用MATLAB提供的样条函数命令做数值积分求解.该表达式可用作噪声等效带宽△fn的一种间接测试方法.