红外探测器数据采集、控制及预处理研究

论文摘要

红外技术作为一种发现、探测和识别目标的重要手段,此前在军事方面已经有了广泛的应用。近年来,由于非制冷微测辐射热计型红外焦平面阵列的制造技术有了重大突破,使得红外系统的体积变小、重量变轻、价格不断降低,极大地推动了红外系统在民事用途的各个领域中的推广。可以预见,在不久的将来红外系统的民用市场将会有一个突破性的增长。我国的红外技术研究起步比较晚,与先进的国家还有较大的差距,因此研究红外技术显得紧迫且有意义。基于此,本文以厦大985项目“台湾海峡信息安全技术”为依托,在红外成像系统领域展开了深入的研究。论文介绍了红外技术的发展、分类以及应用,简要概述了非均匀性校正的算法和UL03081型非制冷探测器原理和接口参数。设计了非制冷红外焦平面阵列的直流偏置电路和温控电路。使用XILINX公司的FPGA设计时序电路,方便了调试过程中电路逻辑的修改。高速并行的AD9240负责信号的采样和量化,并利用FPGA产生1394转换器的接口时序信号,将量化后的红外数据转换成1394转换器接口格式并通过该转换器输入微机。选择三点校正法和人工神经网络校正算法在VC++的环境中实现了红外图像的非均匀性校正。论文同时介绍了系统软硬件的调试情况,给出了部分调试结果,并对调试时遇到的一些问题进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 红外技术发展概述
• 1.2 红外探测器的分类
• 1.2.1 制冷型红外探测器
• 1.2.2 非制冷型红外探测器
• 1.3 红外成像系统的应用
• 1.3.1 军事应用
• 1.3.2 民事应用
• 1.4 论文主要内容及系统方案
• 1.4.1 本文主要内容
• 1.4.2 系统整体方案
• 第2章 系统硬件电路设计
• 2.1 非制冷探测器UL03081的技术指标
• 2.1.1 UL03081介绍
• 2.1.2 UL03081接口参数
• 2.2 直流偏置的设计
• 2.2.1 各种电源之间的比较
• 2.2.2 电源器件的选择及电路的实现
• 2.3 TEC温控电路设计
• 2.3.1 热电制冷（TEC）的原理
• 2.3.2 焦平面温控电路设计
• 2.4 红外信号预处理电路
• 2.4.1 VIDEO信号的读取
• 2.4.2 A/D转换电路
• 2.4.3 电平转换
• 2.5 硬件电路抗干扰措施
• 2.5.1 电路设计中的抗干扰
• 2.5.2 布局布线的抗干扰
• 第3章 基于FPGA的探测器驱动及1394转换器同步信号设计
• 3.1 基于FPGA的数字系统设计
• 3.1.1 FPGA概述
• 3.1.2 FPGA设计流程
• 3.1.3 Verilog HDL简介
• 3.2 探测器驱动时序电路设计
• 3.2.1 驱动时序要求
• 3.2.2 驱动时序信号设计方案
• 3.2.3 布线后仿真结果
• 3.3 1394转换器同步信号设计
• 3.3.1 同步信号要求
• 3.3.2 同步信号设计方案
• 3.3.3 布线后仿真结果
• 3.4 探测器驱动时序与1394转换器同步信号的同步
• 第4章 红外探测器非均匀性校正
• 4.1 非均匀性产生的原因
• 4.1.1 器件自身的非均匀性
• 4.1.2 器件工作状态引入的非均匀性
• 4.1.3 与外界输入相关的非均匀性
• 4.2 常见的非均匀性校正算法
• 4.2.1 一点校正法
• 4.2.2 两点校正法
• 4.2.3 多点定标分段线性校正
• 4.2.4 时域高通滤波法
• 4.2.5 人工神经网络法
• 4.3 三点校正算法和人工神经网络算法的实现
• 4.3.1 三点校正算法的实现
• 4.3.2 人工神经网络算法的实现
• 第5章 系统调试
• 5.1 硬件调试
• 5.1.1 电源调试
• 5.1.2 A/D模块调试
• 5.2 FPGA调试
• 5.2.1 添加引脚约束
• 5.2.2 使用iMPACT配置FPGA
• 5.2.3 运行测试
• 5.3 软件调试
• 5.4 系统联调
• 第6章 总结
• 参考文献
• 致谢