一种红外探测器信号调制及窄带滤波系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本专利属于红外系统的信号处理技术，具体是指一种红外探测器信号调制及窄带滤波系统，主要用于降低红外系统噪声以提高系统信噪比，可应用于红外预警、红外点目标探测等对系统性噪比要求较高的场合。
【背景技术】
[0002]近年来，随着红外技术的快速发展，其应用领域也日益广泛，已渗透到军事和国民经济的各个领域，如红外侦察、红外跟踪制导、红外预警、环境监测、资源调查、工程建设等，对于推动经济建设、社会进步、环境的改善和国防建设起到了重大的作用。
[0003]但红外系统一直面临着信噪比低的问题，尤其是长波红外，这严重制约着红外技术的发展及应用，其主要原因体现在以下方面:
[0004]一方面是目标信号微弱，尤其是长波红外。当太阳高度角为45°时，地面景物接收的长波红外波段的太阳辐照度约为可见光波段的2%。。长波红外仪器接收到的信息主要来自目标景物的自身辐射，是其接收到太阳辐照度的160倍。折算成一个光谱采样间隔内，长波红外仪器(光谱采样间隔50nm)的入射太阳辐照度仅为可见光仪器(光谱采样间隔5nm)的 1/4。
[0005]另一方面是背景热辐射和系统噪声限制，一切高于绝对零度的物体都会有热辐射，因此光机内表面都是背景热辐射源。常温300K时，光机系统的自身热辐射对信号的干扰特别严重，来自远处景物的辐射信号分光之后可能淹没在光机系统的热辐射背景之中。同时，红外系统中的探测器读出噪声、暗电流噪声、信息获取电路噪声等也十分严重。
[0006]红外焦平面器件的低噪声技术作为红外技术中一个重要的研宄方向，受到了广泛的关注。已有许多人对其展开了研宄工作，并取得了一些成果。
[0007]在公开号为CN202553902U的申请中，公开了一种红外探测器的信息采集电路。该实用新型是由信息读取模块、非均匀性校正模块、图像滤波模块和嵌入式处理器模块组成，其重点在于利用数字信号处理方法进行红外图像滤波，从而降低图像噪声，改善图像质量。
[0008]该实用新型在降噪的效果以及信号处理的实时性方面有一定的局限性，针对该问题，本发明从红外探测器输出的模拟信号源端出发，利用模拟技术实现实时处理和大幅降低噪声，该发明不同于传统的低通滤波技术，而是将信号调制技术与带通滤波技术相结合，保持红外信号信息的同时达到更好的降噪效果。
【发明内容】
[0009]本专利的目的是提供一种红外探测器信号调制及窄带滤波系统，能够大幅降低红外系统噪声以提高信噪比，为红外系统的信号处理方法提供重要参考。
[0010]红外探测器输出信号类似于标准方波，只是幅值在变化，针对这一信号特点，本专利使用同频同相的正弦信号与之相乘，完成红外探测器输出信号的幅值采样，从而产生一种调制信号，对该调制信号进行窄带的带通滤波，可大幅降低系统噪声。传统的红外信号处理使用低通滤波方法，去除高频噪声，系统噪声如图1中(I)阴影部分面积所示；本方法对调制后的信号进行带通滤波，系统噪声如图1中(2)所示阴影部分面积所示，可以发现本专利的噪声降低效果显著；方法步骤如图2所示；系统构成如图3所示。
[0011]一种红外探测器信号调制及窄带滤波系统，包括正弦信号发生器、模拟乘法器和带通滤波器，其特征在于:正弦信号发生器产生的信号频率不低于IMHz且信号峰峰值不小于2V ;模拟乘法器的_3dB带宽不低于50MHz且建立时间不超过30ns ;带通滤波器的_3dB带宽不低于10MHz且压摆率不低于1000V/ μ So
[0012]系统中:正弦信号发生器输出连接到模拟乘法器的输入，模拟乘法器的输出连接带通滤波器的输入。
[0013]红外探测器信号调制及窄带滤波的实现方法步骤如下:
[0014](I)对正弦信号发生器进行硬件配置，根据生产厂商提供的输出频率-电阻电容换算公式，计算出与红外探测器输出信号同频的电阻电容值；
[0015](2)通过正弦信号发生器的输出同步信号使产生的正弦信号与红外探测器输出信号同步，保持相同的相位；
[0016](3)将步骤⑵中的正弦信号与红外探测器输出信号同时输入模拟乘法器进行乘法运算，以获得调制?目号；
[0017](4)以红外探测器输出信号的频率为滤波中心频率，对带通滤波器进行配置，选取通带带宽；
[0018](5)将步骤(3)中获得的调制信号输入步骤(4)中的带通滤波电路，进行窄带滤波。
[0019]本发明有以下优点:
[0020]1.本专利的电路结构简单，容易实现。
[0021]2.本专利对系统噪声降低效果显著。
【附图说明】
[0022]图1是红外探测器信号调制及窄带滤波方法降低噪声原理图，其中:图(I)是低通滤波的系统噪声，图(2)是带通滤波的系统噪声。
[0023]图2是红外探测器信号调制及窄带滤波方法步骤图。
[0024]图3是红外探测器信号调制及窄带滤波系统构成图。
【具体实施方式】
[0025]红外探测器使用Sofradir公司的MARS Κ508，探测器输出信号频率为4MHz，正弦信号发生器采用MAXM公司的ΜΑΧ038，模拟乘法器采用ADI公司的AD835，滤波器运放采用ADI 公司的 ADA4857。
[0026](I)对正弦信号发生器ΜΑΧ038进行硬件配置，根据生产厂商提供的输出频率-电阻电容换算公式F(MHz) = 5/(RX C),2.5/R = 100 μ Α，计算出与红外探测器输出信号同频的电阻电容值R = 25ΚΩ，C = 50pF ；
[0027](2)通过正弦信号发生器MAX038的输出同步信号SYNC使产生的正弦信号与红外探测器输出信号同步，保持相同的相位；
[0028](3)将步骤⑵中的正弦信号与红外探测器输出信号同时输入模拟乘法器AD835进行乘法运算，以获得调制?目号；
[0029](4)以红外探测器输出信号的频率4MHz为滤波中心频率，对带通滤波器进行配置，选取通带带宽2MHz ；
[0030](5)将步骤(3)中获得的调制信号输入步骤(4)中的带通滤波电路，进行窄带滤波。
【主权项】
1.一种红外探测器信号调制及窄带滤波系统，包括正弦信号发生器、模拟乘法器和带通滤波器，其特征在于: 所述的正弦信号发生器产生的信号频率不低于IMHZ且信号峰峰值不小于2V ;所述的模拟乘法器的_3dB带宽不低于50MHz且建立时间不超过30ns ;所述的带通滤波器的_3dB带宽不低于10MHz且压摆率不低于1000V/ μ s ； 系统中:正弦信号发生器输出连接到模拟乘法器的输入，模拟乘法器的输出连接带通滤波器的输入。
【专利摘要】本专利公开了一种红外探测器信号调制及窄带滤波系统。该系统包括正弦信号发生器、模拟乘法器和带通滤波器。系统中正弦信号发生器输出连接到模拟乘法器的输入，模拟乘法器的输出连接带通滤波器的输入。本专利的优点在于既得到红外探测器输出信号的幅值信息，又大幅降低噪声，从而提高红外系统的信噪比。
【IPC分类】G01J5/00
【公开号】CN204679169
【申请号】CN201520371945
【发明人】刘银年, 陈凯, 孙德新, 柴孟阳
【申请人】中国科学院上海技术物理研究所
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月2日