简论制冷非制冷长波红外干涉光谱成像仪成像电路设计网

论文导读：
摘要：目前，中国科学院西安光机所光谱成像技术重点实验室已经实现对可见光、短波红外等波段高性能的多光谱、高光谱、超光谱成像仪的研制，并成功实现了可见光、短波红外的多波段相结合的高光谱成像技术，由此，开展8~14μm的长波红外高分辨率干涉成像光谱仪关键技术的探讨，成为了高分辨率成像光谱技术进展的必要技术储备。论文首先归纳了长波红外光谱成像技术的论述知识；并针对系统的要求选取了相关的热红外镜头；概括了非制冷长波红外焦平面的成像特点，并针对红外成像浅析了非均匀性校正的策略；浅析了国内外热红外光谱仪的运用实例，包括星载、机载光谱仪的进展，通过国内外光谱仪研制的近况及其运用，总结了本系统设计的作用。系统设计部分重点介绍了非制冷长波红外干涉成像光谱仪的核心器件—法国ULIS公司的非制冷型UL03_19_1长波红外探测器的工作历程和输入输出特性，着重探讨了其像元的读出历程，并针对这些特性浅析了成像电路需要实现的功能。详细论述了成像电路供电、探测器驱动、模拟信号AD转换、FPGA逻辑设计、USB数据传输、LVDS数据传输、TEC温度制约等功能模块采取的元器件及硬件实现策略。浅析了Spartan3ADSP系列FPGA的特点和在本电路中的适用性，完成了基于FPGA的探测器驱动、时钟延时、数据缓存、USB接口传输制约器和图像中值滤波实时处理等逻辑时序设计，并采集系统仿真波形以验证逻辑设计的准确性和严谨性。系统设计完成后，开展了一系列逻辑设计验证调试、成像电路的电子学系统调试和光电联合调试。浅析电子学调试以及后期成像电路采集实验中出现的不足并介绍解决案例。设计的成像电子学系统功耗低、成本低、可靠性高、成像稳定。关键词：成像光谱学论文非制冷长波红外探测器论文FPGA论文热电制冷论文
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ABSTRACT5-7
目录7-9
第一章 绪论9-15

1.1 论文探讨的背景和作用9-10

1.2 国内外技术近况及走势10-13

1.3 论文的主要内容和革新点13-15

第二章 长波红外干涉光谱成像仪的技术论述15-25

2.1 红外辐射的特点及其在大气中的传输15-16

2.2 红外光学系统介绍16-19

2.3 红外探测器介绍19-21

2.4 非制冷红外焦平面的成像特点21-24

2.4.1 红外图像的非均匀性21-22

2.4.2 非均匀性校正算法22-24

2.5 本章小结24-25

第三章 光谱成像仪电子学组件设计25-55

3.1 UL03_19_1 探测器性能介绍25-33

3.

1.1 焦平面像素读出电路27-30

3.

1.2 串行配置总线30-31

3.

1.3 信号输出性质31

3.

1.4 红外焦平面工作温度31-33

3.2 硬件系统任务浅析及设计33-35

3.3 长波红外成像系统的驱动电路设计35-53

3.1 系统电源管理模块的设计36-37

3.2 长波红外探测器偏置电压设计37-39

3.3 模拟信号放大及 AD 输出模块39-41

3.4 FPGA 模块41

3.5 图像信号输出模块41-46

3.6 系统转接及串口调试模块46-47

3.7 TEC 温度制约模块47-53

3.4 本章小结53-55

第四章 成像电路的逻辑设计55-65

4.1 基于 Xipnx FPGA 的设计流程概述55-56

4.2 探测器数字逻辑驱动设计56-59

4.

2.1 探测器时序设计浅析56-58

4.

2.2 逻辑设计仿真58-59

4.3 数据接收和发送模块59-63
4.

3.1 数据接收模块59-60

4.

3.2 数据发送模块60-63

4.4 红外图像实时预处理程序设计63-64

4.5 本章小结64-65

第五章 实验结果与浅析65-77

5.1 TEC 测试65-67

5.2 数据采集及制约电路调试67-72

5.3 光电系统联调72-75

5.4 本章小结75-77

第六章 总结与展望77-81

6.1 主要工作及成果77-78

6.2 探讨不足及展望78-81

参考文献81-85
攻读硕士期间发表论文85-86
致谢86