短波红外低噪声光谱仪的电子学设计
发布时间：2021-10-18 18:13
很多地物目标在短波红外波段有丰富的光谱特征和较高的光谱反射率,使得短波红外在对地观测方面的应用十分广阔。如在轨场地替代定标方法需定标仪器与卫星同时同步地测量地表光谱特性均匀的目标物,从而对卫星遥感探测器的输出量进行修正。本文针对1600～2500 nm连续光谱弱信号的观测,展开短波红外低噪声光谱仪的电子学设计,应用于场地替代定标。论文分析了光谱仪的噪声来源,提出仪器的信噪比等性能指标。针对低噪声的要求,调研四款短波红外探测器,对比它们的性能参数和光谱响应曲线,选取了滨松的G11478型InGaAs线阵列探测器。光学系统采用平场凹面光栅分光,设计相关光路,减小杂散光。电子学总体设计分为探测器测量及温控模块和主控模块。探测器测量模块设计G11478型探测器驱动电路;探测器输出模拟信号处理电路,包括差分放大、低通滤波和可编程增益电路;A/D采集电路。基于ARMCortex-M3内核的微处理器STM32F103RET6,对探测器信号的驱动、自动增益、和数字平均采集等展开嵌入式软件设计。由于InGaAs探测器的暗电流等噪声易受温度影响,设计温控模块,分为稳定探测器环境温度的三级恒温系统和对探测器...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 短波红外光谱仪研制意义
1.2 短波红外光谱仪研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 课题研究内容
第2章 短波红外低噪声光谱仪总体设计
2.1 光谱仪研制原理及性能指标
2.2 光谱仪噪声分析
2.3 光谱仪光机设计
2.3.1 探测器选型
2.3.2 光学系统及整体结构
2.4 光谱仪电子学总体设计
2.5 本章总结
第3章 探测器测量及温控模块
3.1 探测器测量硬件设计
3.1.1 探测器驱动电路
3.1.2 模拟信号处理电路
3.1.3 A/D采集电路
3.1.4 探测器测量PCB设计
3.2 探测器测量软件设计
3.2.1 驱动程序
3.2.2 自动增益程序
3.2.3 A/D采集程序
3.3 温控硬件设计
3.3.1 温控总体设计
3.3.2 TEC驱动电路
3.3.3 温度反馈电路
3.3.4 温控PCB设计
3.4 温控软件设计
3.4.1 PID控制算法原理及实现
3.4.2 温控程序
3.5 本章总结
第4章 光谱仪主控模块
4.1 主控模块硬件设计
4.1.1 主控芯片STM32F103ZET6
4.1.2 RTC时钟电路
4.1.3 快门及控制电路
4.1.4 数据存储电路
4.1.5 EEPROM存储电路
4.1.6 电源电路
4.2 主控模块软件设计
4.2.1 主程序
4.2.2 系统初始化程序
4.2.3 FATFS文件管理系统
4.3 本章总结
第5章 光谱仪系统测试
5.1 温控测试及分析
5.2 噪声测试及分析
5.3 光谱仪性能检测
5.3.1 信噪比检测
5.3.2 非线性检测
5.3.3 非稳定性检测
5.4 光谱仪功能测试
5.5 本章总结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]从短波红外与红光波段反演华北地区气溶胶[J]. 张钰萌,陈辉,马鹏飞,厉青,王中挺. 遥感信息. 2020(01)
[2]一种H桥驱动电路原理与设计[J]. 庄武良,代允. 电子技术与软件工程. 2019(09)
[3]一种基于FDDA的全差分Sallen-key低通滤波器[J]. 隋鑫,刘云涛,赵文博. 微电子学. 2019(02)
[4]半导体制冷散热系统的研究[J]. 唐启见. 信息记录材料. 2018(10)
[5]运算放大器电路的噪声分析和设计[J]. 赵俊俊. 电子测试. 2018(16)
[6]增量式PID和位置式PID算法的整定比较与研究[J]. 王祎晨. 工业控制计算机. 2018(05)
[7]星载多路短波红外探测器温控系统设计[J]. 范慧敏,张爱文,胡亚东,翁建文,洪津. 大气与环境光学学报. 2018(03)
[8]连续光谱地表反射特性自动观测辐射计的光机设计[J]. 潘琰,李新,翟文超,刘恩超,张艳娜,陈媛,乔延利,郑小兵. 光子学报. 2018(06)
[9]光耦在直流电机驱动系统中的应用[J]. 张岩,秦晓芳,刘根水. 电子技术. 2017(10)
[10]物理实验数据的线性与非线性拟合[J]. 曾铭,王晋研,王刚志. 大学物理实验. 2017(02)
博士论文
[1]基于热电制冷的图像传感器深度制冷技术研究[D]. 聂山钧.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2019
[2]机载成像高光谱遥感及应用关键技术研究[D]. 秦凯.中国地质大学(北京) 2018
[3]卫星辐射校正场自动化观测系统的研制与定标应用[D]. 邱刚刚.中国科学技术大学 2017
[4]深空探测AOTF红外成像光谱仪系统定标技术研究[D]. 徐睿.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]海岸带复杂水体水质遥感反演与应用[D]. 黄李童.浙江大学 2019
[2]轻小型非制冷短波红外相机信息获取关键技术研究[D]. 程起森.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2018
[3]分数阶滤波器的研究[D]. 庞轶环.南京航空航天大学 2018
[4]基于地物光谱仪与成像光谱仪耦合的玉米生长信息监测研究[D]. 李媛媛.西北农林科技大学 2017
[5]InGaAs短波红外640×512面阵视频成像系统设计[D]. 赵爽.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[6]基于ARM11的前端控制器设计[D]. 吴宏城.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2017
[7]红外探测器暗电流成份分析和机理研究[D]. 许娇.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[8]半导体制冷系统性能的研究[D]. 安景飞.西华大学 2013
本文编号：3443254
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 短波红外光谱仪研制意义
1.2 短波红外光谱仪研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 课题研究内容
第2章 短波红外低噪声光谱仪总体设计
2.1 光谱仪研制原理及性能指标
2.2 光谱仪噪声分析
2.3 光谱仪光机设计
2.3.1 探测器选型
2.3.2 光学系统及整体结构
2.4 光谱仪电子学总体设计
2.5 本章总结
第3章 探测器测量及温控模块
3.1 探测器测量硬件设计
3.1.1 探测器驱动电路
3.1.2 模拟信号处理电路
3.1.3 A/D采集电路
3.1.4 探测器测量PCB设计
3.2 探测器测量软件设计
3.2.1 驱动程序
3.2.2 自动增益程序
3.2.3 A/D采集程序
3.3 温控硬件设计
3.3.1 温控总体设计
3.3.2 TEC驱动电路
3.3.3 温度反馈电路
3.3.4 温控PCB设计
3.4 温控软件设计
3.4.1 PID控制算法原理及实现
3.4.2 温控程序
3.5 本章总结
第4章 光谱仪主控模块
4.1 主控模块硬件设计
4.1.1 主控芯片STM32F103ZET6
4.1.2 RTC时钟电路
4.1.3 快门及控制电路
4.1.4 数据存储电路
4.1.5 EEPROM存储电路
4.1.6 电源电路
4.2 主控模块软件设计
4.2.1 主程序
4.2.2 系统初始化程序
4.2.3 FATFS文件管理系统
4.3 本章总结
第5章 光谱仪系统测试
5.1 温控测试及分析
5.2 噪声测试及分析
5.3 光谱仪性能检测
5.3.1 信噪比检测
5.3.2 非线性检测
5.3.3 非稳定性检测
5.4 光谱仪功能测试
5.5 本章总结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]从短波红外与红光波段反演华北地区气溶胶[J]. 张钰萌,陈辉,马鹏飞,厉青,王中挺. 遥感信息. 2020(01)
[2]一种H桥驱动电路原理与设计[J]. 庄武良,代允. 电子技术与软件工程. 2019(09)
[3]一种基于FDDA的全差分Sallen-key低通滤波器[J]. 隋鑫,刘云涛,赵文博. 微电子学. 2019(02)
[4]半导体制冷散热系统的研究[J]. 唐启见. 信息记录材料. 2018(10)
[5]运算放大器电路的噪声分析和设计[J]. 赵俊俊. 电子测试. 2018(16)
[6]增量式PID和位置式PID算法的整定比较与研究[J]. 王祎晨. 工业控制计算机. 2018(05)
[7]星载多路短波红外探测器温控系统设计[J]. 范慧敏,张爱文,胡亚东,翁建文,洪津. 大气与环境光学学报. 2018(03)
[8]连续光谱地表反射特性自动观测辐射计的光机设计[J]. 潘琰,李新,翟文超,刘恩超,张艳娜,陈媛,乔延利,郑小兵. 光子学报. 2018(06)
[9]光耦在直流电机驱动系统中的应用[J]. 张岩,秦晓芳,刘根水. 电子技术. 2017(10)
[10]物理实验数据的线性与非线性拟合[J]. 曾铭,王晋研,王刚志. 大学物理实验. 2017(02)
博士论文
[1]基于热电制冷的图像传感器深度制冷技术研究[D]. 聂山钧.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2019
[2]机载成像高光谱遥感及应用关键技术研究[D]. 秦凯.中国地质大学(北京) 2018
[3]卫星辐射校正场自动化观测系统的研制与定标应用[D]. 邱刚刚.中国科学技术大学 2017
[4]深空探测AOTF红外成像光谱仪系统定标技术研究[D]. 徐睿.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]海岸带复杂水体水质遥感反演与应用[D]. 黄李童.浙江大学 2019
[2]轻小型非制冷短波红外相机信息获取关键技术研究[D]. 程起森.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2018
[3]分数阶滤波器的研究[D]. 庞轶环.南京航空航天大学 2018
[4]基于地物光谱仪与成像光谱仪耦合的玉米生长信息监测研究[D]. 李媛媛.西北农林科技大学 2017
[5]InGaAs短波红外640×512面阵视频成像系统设计[D]. 赵爽.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[6]基于ARM11的前端控制器设计[D]. 吴宏城.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2017
[7]红外探测器暗电流成份分析和机理研究[D]. 许娇.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[8]半导体制冷系统性能的研究[D]. 安景飞.西华大学 2013
本文编号：3443254
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/3443254.html
