一種紅外探測(cè)器信號(hào)調(diào)制及窄帶濾波系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紅外系統(tǒng)的信號(hào)處理技術(shù)，具體是指一種紅外探測(cè)器信號(hào)調(diào)制及窄帶濾波系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，主要用于降低紅外系統(tǒng)噪聲以提高系統(tǒng)信噪比，可應(yīng)用于紅外預(yù)警、紅外點(diǎn)目標(biāo)探測(cè)等對(duì)系統(tǒng)性噪比要求較高的場(chǎng)合。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著紅外技術(shù)的快速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也日益廣泛，已滲透到軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如紅外偵察、紅外跟蹤制導(dǎo)、紅外預(yù)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源調(diào)查、工程建設(shè)等，對(duì)于推動(dòng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)進(jìn)步、環(huán)境的改善和國(guó)防建設(shè)起到了重大的作用。
[0003]但紅外系統(tǒng)一直面臨著信噪比低的問(wèn)題，尤其是長(zhǎng)波紅外，這嚴(yán)重制約著紅外技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，其主要原因體現(xiàn)在以下方面:
[0004]一方面是目標(biāo)信號(hào)微弱，尤其是長(zhǎng)波紅外。當(dāng)太陽(yáng)高度角為45°時(shí)，地面景物接收的長(zhǎng)波紅外波段的太陽(yáng)輻照度約為可見光波段的2%。。長(zhǎng)波紅外儀器接收到的信息主要來(lái)自目標(biāo)景物的自身輻射，是其接收到太陽(yáng)輻照度的160倍。折算成一個(gè)光譜采樣間隔內(nèi)，長(zhǎng)波紅外儀器(光譜采樣間隔50nm)的入射太陽(yáng)輻照度僅為可見光儀器(光譜采樣間隔5nm)的 1/4。
[0005]另一方面是背景熱輻射和系統(tǒng)噪聲限制，一切高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)有熱輻射，因此光機(jī)內(nèi)表面都是背景熱輻射源。常溫300K時(shí)，光機(jī)系統(tǒng)的自身熱輻射對(duì)信號(hào)的干擾特別嚴(yán)重，來(lái)自遠(yuǎn)處景物的輻射信號(hào)分光之后可能淹沒(méi)在光機(jī)系統(tǒng)的熱輻射背景之中。同時(shí)，紅外系統(tǒng)中的探測(cè)器讀出噪聲、暗電流噪聲、信息獲取電路噪聲等也十分嚴(yán)重。
[0006]紅外焦平面器件的低噪聲技術(shù)作為紅外技術(shù)中一個(gè)重要的研宄方向，受到了廣泛的關(guān)注。已有許多人對(duì)其展開了研宄工作，并取得了一些成果。
[0007]在公開號(hào)為CN202553902U的申請(qǐng)中，公開了一種紅外探測(cè)器的信息采集電路。該實(shí)用新型是由信息讀取模塊、非均勻性校正模塊、圖像濾波模塊和嵌入式處理器模塊組成，其重點(diǎn)在于利用數(shù)字信號(hào)處理方法進(jìn)行紅外圖像濾波，從而降低圖像噪聲，改善圖像質(zhì)量。
[0008]該實(shí)用新型在降噪的效果以及信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性方面有一定的局限性，針對(duì)該問(wèn)題，本發(fā)明從紅外探測(cè)器輸出的模擬信號(hào)源端出發(fā)，利用模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理和大幅降低噪聲，該發(fā)明不同于傳統(tǒng)的低通濾波技術(shù)，而是將信號(hào)調(diào)制技術(shù)與帶通濾波技術(shù)相結(jié)合，保持紅外信號(hào)信息的同時(shí)達(dá)到更好的降噪效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種紅外探測(cè)器信號(hào)調(diào)制及窄帶濾波系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，能夠大幅降低紅外系統(tǒng)噪聲以提高信噪比，為紅外系統(tǒng)的信號(hào)處理方法提供重要參考。
[0010]紅外探測(cè)器輸出信號(hào)類似于標(biāo)準(zhǔn)方波，只是幅值在變化，針對(duì)這一信號(hào)特點(diǎn)，本發(fā)明使用同頻同相的正弦信號(hào)與之相乘，完成紅外探測(cè)器輸出信號(hào)的幅值采樣，從而產(chǎn)生一種調(diào)制信號(hào)，對(duì)該調(diào)制信號(hào)進(jìn)行窄帶的帶通濾波，可大幅降低系統(tǒng)噪聲。傳統(tǒng)的紅外信號(hào)處理使用低通濾波方法，去除高頻噪聲，系統(tǒng)噪聲如圖1中(I)陰影部分面積所示；本方法對(duì)調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，系統(tǒng)噪聲如圖1中(2)所示陰影部分面積所示，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的噪聲降低效果顯著；方法步驟如圖2所示；系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。
[0011]一種紅外探測(cè)器信號(hào)調(diào)制及窄帶濾波系統(tǒng)，包括正弦信號(hào)發(fā)生器、模擬乘法器和帶通濾波器，其特征在于:正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)頻率不低于IMHz且信號(hào)峰峰值不小于2V ;模擬乘法器的_3dB帶寬不低于50MHz且建立時(shí)間不超過(guò)30ns ;帶通濾波器的_3dB帶寬不低于10MHz且壓擺率不低于1000V/ μ So
[0012]系統(tǒng)中:正弦信號(hào)發(fā)生器輸出連接到模擬乘法器的輸入，模擬乘法器的輸出連接帶通濾波器的輸入。
[0013]紅外探測(cè)器信號(hào)調(diào)制及窄帶濾波的實(shí)現(xiàn)方法步驟如下:
[0014](I)對(duì)正弦信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行硬件配置，根據(jù)生產(chǎn)廠商提供的輸出頻率-電阻電容換算公式，計(jì)算出與紅外探測(cè)器輸出信號(hào)同頻的電阻電容值；
[0015](2)通過(guò)正弦信號(hào)發(fā)生器的輸出同步信號(hào)使產(chǎn)生的正弦信號(hào)與紅外探測(cè)器輸出信號(hào)同步，保持相同的相位；
[0016](3)將步驟⑵中的正弦信號(hào)與紅外探測(cè)器輸出信號(hào)同時(shí)輸入模擬乘法器進(jìn)行乘法運(yùn)算，以獲得調(diào)制?目號(hào)；
[0017](4)以紅外探測(cè)器輸出信號(hào)的頻率為濾波中心頻率，對(duì)帶通濾波器進(jìn)行配置，選取通帶帶寬；
[0018](5)將步驟(3)中獲得的調(diào)制信號(hào)輸入步驟(4)中的帶通濾波電路，進(jìn)行窄帶濾波。
[0019]本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1.本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。
[0021]2.本發(fā)明對(duì)系統(tǒng)噪聲降低效果顯著。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是紅外探測(cè)器信號(hào)調(diào)制及窄帶濾波方法降低噪聲原理圖，其中:圖(I)是低通濾波的系統(tǒng)噪聲，圖(2)是帶通濾波的系統(tǒng)噪聲。
[0023]圖2是紅外探測(cè)器信號(hào)調(diào)制及窄帶濾波方法步驟圖。
[0024]圖3是紅外探測(cè)器信號(hào)調(diào)制及窄帶濾波系統(tǒng)構(gòu)成圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]紅外探測(cè)器使用Sofradir公司的MARS Κ508，探測(cè)器輸出信號(hào)頻率為4MHz，正弦信號(hào)發(fā)生器采用MAXM公司的ΜΑΧ038，模擬乘法器采用ADI公司的AD835，濾波器運(yùn)放采用ADI 公司的 ADA4857。
[0026](I)對(duì)正弦信號(hào)發(fā)生器ΜΑΧ038進(jìn)行硬件配置，根據(jù)生產(chǎn)廠商提供的輸出頻率-電阻電容換算公式F(MHz) = 5/(RX C),2.5/R = 100 μ Α，計(jì)算出與紅外探測(cè)器輸出信號(hào)同頻的電阻電容值R = 25ΚΩ，C = 50pF ；
[0027](2)通過(guò)正弦信號(hào)發(fā)生器MAX038的輸出同步信號(hào)SYNC使產(chǎn)生的正弦信號(hào)與紅外探測(cè)器輸出信號(hào)同步，保持相同的相位；
[0028](3)將步驟⑵中的正弦信號(hào)與紅外探測(cè)器輸出信號(hào)同時(shí)輸入模擬乘法器AD835進(jìn)行乘法運(yùn)算，以獲得調(diào)制?目號(hào)；
[0029](4)以紅外探測(cè)器輸出信號(hào)的頻率4MHz為濾波中心頻率，對(duì)帶通濾波器進(jìn)行配置，選取通帶帶寬2MHz ；
[0030](5)將步驟(3)中獲得的調(diào)制信號(hào)輸入步驟(4)中的帶通濾波電路，進(jìn)行窄帶濾波。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種紅外探測(cè)器信號(hào)調(diào)制及窄帶濾波系統(tǒng)，包括正弦信號(hào)發(fā)生器、模擬乘法器和帶通濾波器，其特征在于: 所述的正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)頻率不低于IMHZ且信號(hào)峰峰值不小于2V ;所述的模擬乘法器的_3dB帶寬不低于50MHz且建立時(shí)間不超過(guò)30ns ;所述的帶通濾波器的_3dB帶寬不低于10MHz且壓擺率不低于1000V/ μ s ； 系統(tǒng)中:正弦信號(hào)發(fā)生器輸出連接到模擬乘法器的輸入，模擬乘法器的輸出連接帶通濾波器的輸入。
2.—種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述一種紅外探測(cè)器信號(hào)調(diào)制及窄帶濾波系統(tǒng)的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)對(duì)正弦信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行硬件配置，根據(jù)生產(chǎn)廠商提供的輸出頻率-電阻電容換算公式，計(jì)算出與紅外探測(cè)器輸出信號(hào)同頻的電阻電容值； (2)通過(guò)正弦信號(hào)發(fā)生器的輸出同步信號(hào)使產(chǎn)生的正弦信號(hào)與紅外探測(cè)器輸出信號(hào)同步，保持相同的相位； (3)將步驟(2)中的正弦信號(hào)與紅外探測(cè)器輸出信號(hào)同時(shí)輸入模擬乘法器進(jìn)行乘法運(yùn)算，以獲得調(diào)制?目號(hào)； (4)以紅外探測(cè)器輸出信號(hào)的頻率為濾波中心頻率，對(duì)帶通濾波器進(jìn)行配置，選取通帶帶寬； (5)將步驟(3)中獲得的調(diào)制信號(hào)輸入步驟(4)中的帶通濾波電路，進(jìn)行窄帶濾波。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種紅外探測(cè)器信號(hào)調(diào)制及窄帶濾波系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)包括正弦信號(hào)發(fā)生器、模擬乘法器和帶通濾波器。系統(tǒng)中正弦信號(hào)發(fā)生器輸出連接到模擬乘法器的輸入，模擬乘法器的輸出連接帶通濾波器的輸入。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于既得到紅外探測(cè)器輸出信號(hào)的幅值信息，又大幅降低噪聲，從而提高紅外系統(tǒng)的信噪比。
【IPC分類】G01J5-00
【公開號(hào)】CN104864964
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510296021
【發(fā)明人】劉銀年, 陳凱, 孫德新, 柴孟陽(yáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年6月2日