二次量化技术在像素级数字积分探测系统中的应用研究

像素级数字积分探测是一种新型的红外探测技术,其具备电荷处理能力高、动态范围大等特点,能够有效提升红外系统探测灵敏度,在各类红外弱信号探测领域具有巨大的应用潜力。像素级数字积分技术中的二次量化技术,可对在总噪声中占比较大的量化噪声进行有效抑制。对像素级数字积分探测系统中的量化步长进行优化设计以及对二次量化技术进行研究,分析量化步长的改变对像素级数字积分红外探测系统性能的影响;分析二次量化的原理及特点,研究其在应用中的关键参数设计,从而推动二次量化技术的发展,实现像素级数字积分探测系统更高灵敏度探测应用。

像素级数字积分红外成像技术研究

为实现更高灵敏度红外探测能力,分析了电荷处理能力与探测灵敏度之间的关系,提出了像素级数字积分探测技术。通过对红外成像链路中各噪声源的分析,建立了基于像素级数字积分探测技术的红外系统信噪比模型,并结合应用实例完成了系统关键指标参数的设计和噪声等效温差模型的仿真。仿真结果表明,像素级数字积分探测技术能够突破传统探测技术电荷处理量只有几十或几百兆电子的约束,实现千兆电子量级电荷处理能力和毫开级高灵敏度的红外系统性能。

像素级数字化轻小型高灵敏度红外相机研究

空间红外相机温度灵敏度越高,就能获取所观测地物更多温差细节信息,高灵敏度空间红外相机在对城市、海洋等目标的观测中有着重要的应用。本文介绍一种基于像素级数字化积分成像的空间红外相机新体制,基于该体制的红外相机在单个探测单元内实现探测信号的模数转换,大大降低了模拟信号读出过程中而引入的噪声,且通过电荷包计数的方式完成对信号的数字化处理,小量积分电容就可以满足传统体制下的超大积分电容需求,使相机电荷处理能力不受饱和电子数的限制,极大提升低轨空间长波红外相机的信号电荷利用率。并且基于该体制的推扫型TDI(时间延迟累加)相机其TDI级数的增加不会引入更多的读出噪声,使得其在轨可通过更多的TDI级数延长等效积分时间,降低相机灵敏度指标对载荷口径的依赖,达到高灵敏度指标的同时有效控制相机口径,实现整机的轻小型化。已完成基于新体制的长波红外样机研制,噪声等效温差(NETD)实测已优于10mK,远好于目前传统长波红外相机所能达到的20-30mK灵敏度指标,并能通过增加TDI级数有效提升灵敏度,验证了该体制的工程可实现性。像素级数字化红外相机技术将是未来空间轻小型高灵敏度红外技术的重要发展方向。

复杂环境下弱信号红外探测系统灵敏度需求及实现方法研究

针对真实环境条件下远距离对红外弱信号目标的成像探测任务,首先需结合中波及长波红外所选探测谱段分析各类复杂气象条件下大气传输对信号的衰减效应,提出红外系统在复杂环境下有效实现对弱信号目标远距离成像探测的灵敏度需求为系统噪声等效温差(NETD)达到5 mK;然后分析中波及长波红外系统NETD实现5 mK的技术难度,最后选用像素级数字化积分体制实现了甚高灵敏度的中波及长波红外系统并进行了NETD测试和成像探测试验。