碲镉汞长波红外焦平面器件读出后处理技术研究

发布时间：2017-06-09 20:06

  本文关键词：碲镉汞长波红外焦平面器件读出后处理技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：实现对长波红外焦平面器件读出后信号的处理,对于提升长波红外焦平器件实验系统的信噪比具有重要的意义。本课题致力于基于碲镉汞长波红外焦平面器件读出后处理技术研究,对解决碲镉汞长波红外焦平面器件暗电流对系统长积分时间要求的限制问题的方法展开了探讨。在新一代地球同步轨道三轴稳定卫星平台遥感仪器的研制要求中,对碲镉汞长波红外焦平面器件需求依然迫切。但由于长波波段的背景辐射较强,长波红外焦平面器件暗电流比较大,焦平面器件还未达到系统需求的积分时间,其积分电容就已经达到饱和。因此为满足系统长积分时间的要求,研究碲镉汞长波红外焦平面器件读出后处理技术具有重要意义。由于长波红外焦平面器件的暗电流会限制长波焦平面器件的积分时间,本文对产生暗电流的四种物理机制,建立了相应的电流机制模型,探讨了长波红外焦平面器件输出信噪比与积分时间的平方根存在正比的关系。针对长波红外焦平面器件的实验系统结构,给出了相应的信息处理方案及处理流程。通过对延长长波红外焦平面器件实验系统的等效积分时间的不同技术的探讨,说明了多帧累加技术在长波红外焦平面器件读出后处理技术中的可行性,建立多帧累加平均技术提高焦平面器件实验系统信噪比的数学模型,着重分析了不同噪声对多帧累加提高信噪比的影响。从低噪声需求角度出发,设计完成了一套与碲镉汞长波红外焦平面器件相匹配的信息获取电路,包括焦平面器件驱动脉冲设计,模拟信号调理电路设计,片上数据处理设计,信号传输与存储模块设计。并建立相应的噪声模型,通过实验完成了信息获取电路的噪声测试。搭建了碲镉汞长波红外焦平面器件实验系统的实验平台,完成了长波红外焦平面器件的暗电流、时间噪声及信噪比等部分性能参数的测试。实现了对长波红外焦平面器件读出后的信号的多帧累加处理,验证了不同状态下多帧累加技术提高焦平面器件系统信噪比以及降低噪声等效温差的效果。
【关键词】：长波红外 焦平面器件 信噪比 多帧累加
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN215
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 课题背景及意义11
• 1.2 红外探测器的发展11-15
• 1.3 红外探测器的噪声及信噪比分析15-20
• 1.3.1 红外探测器噪声分析15-19
• 1.3.2 红外探测信噪比分析19-20
• 1.4 课题研究的内容与章节安排20-21
• 2 需求与关键技术分析21-31
• 2.1 焦平面器件读出后处理需求分析21
• 2.2 长波红外焦平面器件信号处理流程21-24
• 2.3 多帧累加技术24-29
• 2.4 本章小结29-31
• 3 长波红外焦平面器件读出后处理硬件电路设计31-51
• 3.1 长波红外焦平面器件实验系统的结构31-32
• 3.2 信息获取硬件电路基本概述32-33
• 3.3 信息获取及处理硬件电路设计与实现33-38
• 3.3.1 电源模块设计33
• 3.3.2 焦平面器件偏置电路及驱动脉冲设计33-35
• 3.3.3 信号调理电路设计35-38
• 3.3.4 PCB设计38
• 3.4 信号调理电路的噪声分析38-40
• 3.5 模数转换40-43
• 3.6 FPGA信息处理模块设计43-48
• 3.7 数据采集与传输设计48-50
• 3.8 本章小结50-51
• 4 技术实现与实验及结果分析51-75
• 4.1 实验方法及原理概述51-52
• 4.1.1 信息获取电路空板噪声测试方案51
• 4.1.2 焦平面器件信号获取及处理实验方案51-52
• 4.2 信息获取电路板噪声性能测试52-55
• 4.3 焦平面器件性能测试55-61
• 4.3.1 焦平面器件暗电流56-59
• 4.3.2 焦平面器件时间噪声及信噪比59-61
• 4.4 多帧累加技术对系统信噪比的影响61-74
• 4.4.1 焦平面器件系统噪声来源61-63
• 4.4.2 多帧累加平均技术的实现63-71
• 4.4.3 多帧累加技术对焦平面器件噪声等效温差的影响71-74
• 4.5 本章小结74-75
• 5 总结与展望75-77
• 5.1 总结75-76
• 5.2 展望76-77
• 参考文献77-80
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果80

【参考文献】

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