超高灵敏度红外探测器测试评价

噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference,NETD)是评价红外探测器灵敏度的关键指标。通过改变读出电路结构,提高读出电路的电荷处理能力,使探测器的NETD值从10 mK量级提升至1 mK以下。当噪声小于1个灰度时,采用现有测试方法得到的NETD值较低,导致整机应用时识别距离评估过高,与实际结果不符。本文提出的优化方法使测试结果与系统应用指标更符合。经分析认为,所用探测器更适用于低速目标或者相对静止场景;与常规探测器相比,该探测器的识别距离受相同光学温度变化的影响更大。建议用户关注光学温度稳定性的影响。

红外偏振探测器融合成像研究

分析了红外偏振探测器对于探测识别红外伪装目标以及红外暗弱目标的重要应用意义。详细介绍了物体的红外偏振特性及其表示方法,并阐述了红外偏振特性的影响因素。最后重点介绍了偏振成像融合算法。步骤分为数据预处理、红外偏振融合和融合图像再处理。本文对研究红外偏振探测器融合成像具有重要意义。

10μm像元间距1024×1024中波红外探测器研制进展

小像元红外探测器已成为红外探测器技术发展的重要方向,像元尺寸减小可提高红外成像系统的探测和识别距离,降低红外探测器成本,减小系统尺寸、质量和功耗等。本文介绍了国内外小像元红外探测器研制进展,重点介绍了中国电科十一所研制的10μm像元间距1024×1024规模小像元碲镉汞红外焦平面探测器组件。组件为n-on-p平面结构后截止波长5μm、有效像元率达到99%、量子效率达到60%。

中/长波双色二类超晶格红外探测器技术

双波段红外探测器是第三代焦平面探测器发展的重要方向之一,二类超晶格材料由于其优异的光电性能而成为制备双色红外探测器的优选材料之一。本文报道中长波双色二类超晶格器件结构设计、材料外延、读出电路设计、芯片加工、组件化等方面研究进展,通过对刻蚀以及钝化工艺进行了优化,制备出性能良好的640×512中长双色二类超晶格红外探测器,主要指标实现像元中心间距20μm,读出方式同时读出,中波波段3.5~4.8μm,长波波段7.5~9.5μm,噪声等效温差中波28.8mK、长波38.8mK,响应率非均匀性中波4.52%、长波7.89%;盲元率中波1.2%、长波1.3%,并完成成像演示,成像质量良好,为双色红外探测器工程化应用奠定了基础。

一种新的变步长频域块LMS算法

针对现有直接序列扩频(DSSS)通信抗干扰系统中的传统频域块最小均方误差(FBLMS)算法在收敛速度和稳态误差之间存在矛盾的问题,提出了一种新的变步长算法——VSS-FBLMS算法,该算法通过输出信号中剩余干扰所占整体噪声信号的比例来调节变步长因子,步长因子随着干扰的被滤除而逐渐减小,使得DSSS通信抗干扰系统获得更好的抑制干扰效果。首先对传统FBLMS算法的DSSS抗干扰系统进行了介绍,然后对提出的VSS-FBLMS算法进行分析,最后将新算法和传统算法加入DSSS通信抗干扰系统中进行仿真对比。理论分析和仿真结果表明,VSS-FBLMS算法不仅可以有效滤除窄带干扰,而且抗干扰性能优于传统FBLMS算法,收敛速率和稳态误差也都优于传统FBLMS算法。

红外探测器辐照机理分析及辐照试验验证

红外探测器处于太空或辐射环境会受到各种辐射粒子作用,其性能会发生衰减。本文主要分析了各种辐射效应对HgCdTe红外探测器性能影响机理。针对红外探测器复合钝化加固方法,ROIC环源环栅加固方法进行试验验证。辐照试验显示,加固后的红外探测器互联抗辐照读出电路,其抗总剂量、抗剂量率及抗中子辐射位移达到了比较好抗辐照效果。

512×8像素级数字化长波红外探测器研究

像素级数字化红外探测器具有更高的性能水平和更强的抗干扰能力,是红外探测器技术发展的重要方向之一。通过突破像素级数字化读出电路设计、低峰谷碲镉汞材料外延、器件制备工艺以及倒装互连等关键技术,研制出了一种512×8像素级数字化长波红外探测器组件,并对其性能进行了测试。此探测器的响应波段为7.85~10.17 m,平均峰值响应率为1.4×1011 LSB/W,响应率非均匀性为9.13%,有效像元率为97.5%,噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference,NETD)为4.4 mK,动态范围为90.6 dB。测试结果表明,该探测器能够满足系统要求。

数字化红外焦平面探测器光谱响应测试系统研究

由于目前没有可测试数字化红外探测器光谱响应的设备,研制了一种可将数字化红外探测器的输出转换为与模拟探测器一样形式的电路板装置,并利用原有的傅里叶光谱仪解决了无法测试数字化红外探测器光谱的问题。该方法成本低、易实现,不仅操作简单,而且测试性能稳定,因此适用于各种形式的数字化探测器。首先介绍了红外光谱响应测试系统,然后对研制的模数电路板装置的原理进行了分析,并对此电路板进行了硬件实现,接着编写了内部测试程序,最后完成了功能验证。结果表明,配有新研制模数电路板装置的红外光谱测试系统可以测试不同位宽输出的数字化面阵探测器或线列探测器的光谱数据,而且测试结果准确可靠。

一种新的红外测试系统图像传输方式

针对现有红外测试系统中CameraLink图像传输需要专用数据采集卡、传输距离受限和百兆以太网传输带宽低的问题,提出了一种新的红外测试系统图像传输方式——千兆以太网,该方式成本低易实现,不仅能够满足传输速率的要求,而且性能稳定,传输距离远,使得红外测试系统具有更高的兼容性和灵活性。首先对基于CameraLink图像传输的红外测试系统进行了介绍,然后对提出的千兆以太网传输进行分析,最后将千兆以太网传输方式进行硬件实现,并编写上位机软件,完成功能验证。理论分析和硬件功能验证表明,千兆以太网传输不仅可以实现高帧频,大分辨率红外探测器图像采集测试,而且传输距离能够优于CameraLink图像传输,兼容性和灵活性也都优于CameraLink传输方式。

频域块LMS算法在直扩系统抗干扰中的应用研究

针对直接序列扩频(DSSS)通信系统中窄带干扰抑制问题,研究频域块最小均方误差(LMS)算法。首先对传统LMS算法、符号LMS算法、归一化LMS算法和频域块LMS算法进行理论分析和性能对比,然后建立基于频域块LMS算法的DSSS抗干扰系统仿真模型。先通过信噪比改善因子仿真来验证算法有效性,再仿真比较不同信噪比和信干比条件下窄带干扰抑制效果。理论分析和仿真结果表明,频域块LMS算法不仅比前三种LMS算法有更精确的梯度向量估计和更低的计算复杂度,而且可以有效滤除窄带干扰,抗干扰性能能够达到或优于前三种LMS算法,滤除干扰后的误码率曲线接近无干扰系统。

总剂量效应对CMOS读出电路影响及设计加固方法研究

总剂量效应会对CMOS读出电路的性能产生明显的影响,甚至使CMOS读出电路功能完全失效。本文主要分析了总剂量效应对NMOS器件阈值、漏电流和器件间漏电流的影响机理。随后,针对640×512 CMOS读出电路提出了可行的抗辐照版图设计方法。总剂量试验表明,采用环栅结构、环源结构的640×512读出电路芯片抗总剂量能力可以达到100 krad(Si)以上。

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面探测器研究

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料是第三代红外焦平面探测器的优选材料。报道了一种面阵规模为320×256、像元中心距为30 m的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面器件。在77 K时,该器件的平均峰值探测率为7.6×1010 cm·Hz1/2·W^(-1),盲元率为1.46%,响应非均匀性为7.55%,噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference,NETD)为25.5 mK。经计算可知,这种器件的峰值量子效率为26.2%,50%截止波长为9.1 m。最后对该器件进行了成像演示。结果表明,该研究为后续的相关器件研制奠定了基础。

数字化红外探测器的读出电路晶圆测试系统研究

数字化红外探测器的读出电路晶圆测试是评价晶圆的重要环节。在现有探针台测试设备的基础上,研制了一块电路板装置。它既可驱动晶圆工作,也可将不同形式的数字化输出信号转换为统一的数字图像传输格式,而且测试过程中可对电路板参数进行设置。首先对红外探测器读出晶圆测试系统进行了介绍,然后对研制的测试电路板装置进行了原理分析。最后将此电路板进行硬件实现,并编写了内部测试程序,完成了功能验证。对差分输出和单路输出两种形式的晶圆进行了测试,其结果与晶圆低温下的测试结果一致,数据准确可靠。此外电路装置有100个输入接口,可重复编程,支持24bit及以下输出位宽数字化晶圆的测试,使测试系统具有更高的兼容性和灵活性。

10μm间距长波1280×1024碲镉汞探测器研制进展

随着红外技术的进步,红外探测器组件向着更小尺寸、更高分辨率的方向发展。小像元间距、大面阵规格是长波探测器发展的重要方向。通过对10 m像元间距、9 m截止波长、1280×1024阵列规格长波探测器的研究,突破了10 m间距长波像元成结技术、10 m像元间距铟柱制备及互连技术,制备了有效像元率大于等于99.4%、非均匀性小于等于4%的10 m间距长波1280×1024碲镉汞探测器芯片。

基于智能型红外焦平面电路液氮成像系统的研究与算法实现

提出了一种智能型红外焦平面电路液氮成像系统,系统采用UART转SPI数据传输,上位机VB软件开发SPI配置界面,可提高SPI寄存器批量配置效率和准确率,减少外界干扰产生误码和乱码情况,并结合FPGA、自研的IRCamExpert-CETC图像处理软件和图像采集卡搭建软硬件成像系统,本系统具有红外视频图像在线监测和多芯测试能力。本文进一步提出了基于单片像元级ADC的背景减除、盲元补偿、非均匀性校正、开窗、像素合并、空间滤波、图像均衡变换、时间延迟积分多种图像算法和总体算法结构,并通过对一款640×512阵列的智能型红外焦平面电路进行测试,验证了单片红外焦平面多功能图像算法,并实现了系统对智能型红外焦平面全参数的性能评估。采用像元级进行图像处理的方式,降低了采用算法级进行后续图像处理的难度,减少了图像处理算法消耗的资源。多功能图像算法为智能型红外焦平面的工程化应用提供了新技术途径。

基于红外焦平面电路智能算法研究与测试验证

红外焦平面电路不仅能将热辐射转化为微弱的电信号,还带有读出电路,配合红外焦平面探测器实现像元级模拟数字转换、智能化图像处理和数字输出等功能,将获取的面阵信号经像元级方式处理后输出。提出了基于单片像元级ADC的背景减除、盲元补偿、非均匀校正、开窗、像素合并、空间滤波、直方图均衡、时间延迟积分多种智能图像算法,避免了在算法级进行的方式,降低了后续图像处理算法实现的难度,减少了图像处理算法消耗的资源。进一步提出了一种红外焦平面电路液氮成像系统。并通过对一款640×512阵列的智能型红外焦平面电路进行测试,验证了单片红外焦平面多功能图像算法,对红外焦平面电路进行了全参数性能评估,为红外焦平面的智能算法工程化应用提供了新技术途径。

基于QT/C++的红外探测器多区域性能分析系统

针对不同类型红外探测器对测试数据分析筛选需求的差异性问题,提出了一种基于QT/C++的红外探测器多区域性能分析系统。该系统以传统红外探测器测试系统为基础,使用QT软件及C++语言扩展开发性能分析软件。所开发的软件嵌入OpenCV插件库,具备区域划分、盲元筛选、指标计算和盲元簇识别等功能。使用640×512甚长波碲镉汞探测器测试数据验证所开发软件的性能分析功能。结果表明,所开发的软件具备高效数据处理及准确性能分析的能力,并能够提供盲元位置及盲元簇图。与现有测试系统相比,所提出的分析系统可提高针对全阵列尺寸和不同材料探测器的性能分析能力及测试效率。

测试环境对亚毫开红外探测器测试结果的影响研究

红外探测器是红外系统的核心器件。近年来,高灵敏度、低噪声成为红外探测器技术的研究热点之一。对于噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference,NETD)值小于1 mK的低噪声红外探测器,环境因素对其性能的影响不可忽视。从黑体控温精度、测试环境温度、测试环境中的气流扰动等方面,分析了测试环境对亚毫开红外探测器测试结果的影响,并对低噪声红外探测器的测试方法进行了探究。实验结果表明,黑体控温精度对高灵敏度红外探测器的NETD值有直接影响,测试环境温度与气流扰动会影响黑体控温稳定性,从而间接影响NETD测量的准确度。