|
1引言 長線列紅外焦平面探測器是高分辨率航空、航天遙感成像的關(guān)鍵元部件。為了研究長線列探測器用于系統(tǒng)設(shè)計時所需要解決的關(guān)鍵技術(shù),我們研制了一臺基于長線列MCT1024成像儀器。 通常熱像儀采用的是ISA總線或PCI總線插卡[1],這種插卡方式由于其拆裝不方便,甚至?xí)斐捎布p壞,這就不得不使我們在設(shè)計成像儀時考慮使用插拔方式更為靈活的接口方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的處理與計算機的實時通訊。對于本成像儀器,如果采用12位數(shù)字信號,每秒12Mbit因而USB1.0不能達到要求,故可選用USB2.0作為數(shù)據(jù)傳輸接口。本文介紹了一個完整的系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn),為MCT1024構(gòu)建了一個實現(xiàn)平臺,其設(shè)計思想對其它的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有一定的借鑒意義。 2系統(tǒng)組成和工作原理 系統(tǒng)原理框圖如圖1。由光學(xué)系統(tǒng)所成的像通過MCT1024探測器轉(zhuǎn)換成電信號。由于MCT1024探測器各陣元的信號分別通過奇列輸出端和偶列輸出端移位輸出,所以四路信號分別對應(yīng)前放單元。圖中只畫出一路。經(jīng)過整合后的數(shù)據(jù)送入緩存FIFO。FIFO中的數(shù)據(jù)由USB接口單元送出,通過該單元的處理,所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機進一步處理,顯示,存儲等。 
3光學(xué)系統(tǒng) 運用高斯光學(xué)和像差理論進行紅外光學(xué)系統(tǒng)的整體設(shè)計,得到了低像差的同軸透射式光學(xué)系統(tǒng)。自行研制的同軸透射式光學(xué)系統(tǒng)如圖2所示。 
4關(guān)鍵電路設(shè)計 4.1前置放大電路 為了得到最佳的動態(tài)范圍和中心探測率,避免不必要的噪聲,電信號的放大濾波采用低噪聲寬帶放大器來實現(xiàn)。根據(jù)本系統(tǒng)的特點,綜合考慮信號帶寬和信噪比,濾波器的中心頻率設(shè)計為1MHz,耦合方式采用直接耦合。 4.2數(shù)據(jù)緩存(FIFO)電路 FIFO采用CY7C4245,存儲量為4KX18,并具有高速、低功耗,可同步、異步讀寫操作等性能,滿足本系統(tǒng)對存儲量、讀寫方式和速度的要求。寫操作的有關(guān)時序由CPLD提供,讀操作的有關(guān)時序由USB接口單元提供。 4.3USB接口單元 USB接口單元采用128腳封裝的CY7C68013-128TQPF,EZ-USB FX2 USB外設(shè)微控制器芯片。該芯片兼容USB2.0和USB1.0規(guī)范,并對(High-speed)、全速(Full-speed)、低速(Low-speed)三種工作模式兼容[2]。根據(jù)本系統(tǒng)的情況,計算機作為顯示處理終端使用時,USB總線專門供數(shù)據(jù)傳輸使用,為此我們選用批量傳輸方式,以獲取最大的低輸速率。 4.4非均勻校正電路 紅外圖像處理電路主要包括錯位校正、非均勻校正、失效元檢測及補償、圖像增強和圖像顯示。我們選用TI公司的數(shù)字信號處理器(DSP)TMS320VC5409完成紅外圖像處理。本成像儀采用基于場景的兩點校正法[2]。 4.5驅(qū)動程序設(shè)計 開發(fā)USB設(shè)備驅(qū)動程序,通常采用驅(qū)動程序開發(fā)包Driver Works和2000DDK。Driver Works提供的驅(qū)動向?qū)?可根據(jù)用戶的需要,自動生成代碼框架。減少了開發(fā)的難度,縮短了開發(fā)的周期,對其進行適當(dāng)修改后,用DDK編譯成所需的驅(qū)動程序即可。 5實驗與結(jié)論 作者利用國產(chǎn)的帶讀出電路1024元短波MCT紅外焦平面器件成功研制了國內(nèi)第一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的紅外掃熱像儀。該成像儀在野外成像如圖3(非均勻校正后的圖像)。文中所提出的基于MCT1024X1短波紅外熱像儀的系統(tǒng)設(shè)計思想,以及在設(shè)計中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題的解決方法這對于推動國內(nèi)紅外熱像儀的研究與應(yīng)用具有重要意義。 
摘自:中國計量測控網(wǎng)
|
企業(yè)QQ
