毫米波焦平面陈列成像系统特性分析

近年来，随着单片毫米波集成电路（ＭＭＩＣ）技术的迅速发展，焦平面了由陈列接收机开始在被动毫米波成像系统中应用。该文介绍典型的毫米波焦平面陈列接收机，并进一步分析混频式和直接检波式辐射计接收机特性。混频式接收机的中频放大比较容易实现，而直接检波式辐射计具有更好的灵敏度。同时详细讨论了焦平面陈列成像系统的信噪比特性。该文的分析结果有利于毫米波焦平面陈列成像系统的设计及其性能评估。     

8mm波段被动毫米波接收机设计

在叙述被动毫米波成像特性的基础上提出了一种新型的8mm波段直接检波式接收机设计方案．由于设计过程中采用了直接检波式结构,使得该接收机避免了传统超外差式接收机体积大、结构复杂、需要本振等缺点．通过对该设计方案进行测试,结果显示,每级LNA可获得20dB左右的增益,样机检波前总增益为60dB,噪声系数为3．5～4dB,接收机带宽为30GHz左右,证明了方案的可行性．     

毫米波直接检波式辐射计温度补偿问题研究

分析了毫米波放大器温度-增益变化对毫米波直接检波式辐射计输出信号幅度的影响,针对直接在毫米波电路中进行温度补偿技术难度相对较大的情况,提出了在视频放大器电路中引入温度补偿措施使系统总增益保持稳定的温度补偿方法,通过在视频放大器反馈电路中加入合适的热敏电阻对系统增益进行补偿.理论分析和实验结果表明该方法简单有效,使系统输出信号幅度在一定温度范围内保持较好的稳定.     

低噪声放大器在毫米波辐射计中的应用

针对传统全功率辐射计灵敏度低、结构复杂、等效噪声温度高、功耗高等特点,采用低噪声放大器代替传统全功率辐射计的检波前部分,对天线接收到的微弱热辐射信号直接在射频段进行放大后直接检波,提高了辐射计的灵敏度。首先,分析了辐射计的工作原理;然后,分析了辐射计灵敏度及其影响因素;最后,进行了改进后辐射计样机设计并详细计算了灵敏度指标;且对样机性能进行了实际测量。通过对比分析表明,低噪声放大器的引入使得同等条件下毫米波辐射计的灵敏度得到了很大提升;同时具有功耗低、体积小、噪声小、结构简单等优点,有利于毫米波辐射计在弹载武器上的应用。     

低噪声放大器在毫米波辐射计中的应用研究

针对传统全功率辐射计灵敏度低、结构复杂、等效噪声温度高、功耗高等特点,采用低噪声放大器代替传统全功率辐射计的检波前部分,对天线接收到的微弱热辐射信号直接在射频段进行放大后直接检波,提高了辐射计的灵敏度。首先,分析了辐射计的工作原理;然后,分析了辐射计灵敏度及其影响因素;最后,进行了改进后辐射计样机设计并详细计算了灵敏度指标;且对样机性能进行了实际测量。通过对比分析表明,低噪声放大器的引入使得同等条件下毫米波辐射计的灵敏度得到了很大提升;同时具有功耗低、体积小、噪声小、结构简单等优点,有利于毫米波辐射计在弹载武器上的应用。     

3 mm波段烟幕插入损耗测量

为了满足3mm波段烟幕辐射特性和插入损耗特性测量的需要，研制了3mm波段烟幕特性自动测量系统——3mm辐射源和3mm辐射计／接收机一体机。一体机是对Dicke型辐射计的改进，在保持毫米波辐射计接收机高频前端不变的前提下，分别为辐射特性测量和插入损耗特性测量设计了独立的被动通道和主动通道，并在窄带的插入损耗测量的主动通道增加了中频锁相环路。探讨了该系统的烟幕插入损耗特性测量方法，实验结果表明：该系统能满足3mm波段烟幕特性自动化测量的要求。     

红外探测器与读出电路耦合方法研究

红外焦平面阵列是现代红外成像系统的关键元件，不论是混合式还是单片式红外焦平面阵列，都需用读出电路来多路传输信号并减少阵列输出信号的数目。该文综述了红外焦平面阵列的发展现状；分析了焦平面输入电路在红外探测器和读出电路之间耦合的重要性；初步探讨了在红外探测器与读出电路之耦合方法；讨论了在器件优化设计中，如何合理选择焦平面输入电路方式。     

利用复合型介质透镜的毫米波成像研究

毫米波焦平面成像技术有广泛的应用前景.本文采用一种复合型介质透镜,将其用于主动式毫米波成像系统,测量了透镜材料的折射率,对金属板进行成像,得到了轮廓较为清晰的图像.     

近程毫米波被动扫描成像特性研究

针对近程毫米波辐射计扫描成像分辨率低、图像模糊的问题,采用天线近程辐射特性融合极大似然估计方法对图像进行高分辨率恢复.首先分析了系统天线的近程辐射特性,它是影响成像质量的最主要因素.分析表明近程条件下天线辐射特性大大改变,增益减小,尺度变大,在此基础上估计了扫描体制下图像的点扩散函数,最后用极大似然估计方法对金属环的被动毫米波图像进行了高分辨率恢复.结果表明经过恢复的图像提高了分辨率和目标识别率.     

21世纪最具影响力的军事技术

非致冷红外焦平面成像技术长期以来，热成像系统的高昂成本一直是阻碍它被广泛应用的主要原因。令人欣喜的是，近年来在第二代热成像系统的快速发展进程中，这一僵局已被采用非致冷焦平面阵列(UFPA)的热成像系统所打破，其低成本和可接受的性能，正在军用和民用市场上大展拳脚。目前实用的非致冷焦平面阵列成像技术，依照     

倒置显微镜成像系统焦区衍射场分析

采用射线追迹与Stratton-Chu矢量衍射积分相结合的方法，分析计算小F数倒置显微镜成像系统焦区的矢量衍射场分布，假设一线极化平面波倾斜入射在系统入瞳上，入射波频率在毫米波频段，给出了成像系统焦区衍射场分布的数值计算结果，其等高线图显示出一定像差条件下透镜系统的成像性能，分析了衍射场的矢量特性，计算与实验做了比较，两者吻合。     

基于焦平面技术的红外地球姿态敏感方法研究

红外地平仪是很多空间飞行器平台姿态控制系统的关键姿态敏感设备,红外地球姿态敏感方法是其核心工作原理。针对传统红外地平仪基于光机扫描技术的红外地球姿态敏感方法,存在检测数据量小、姿态测量精度低的缺点,提出基于焦平面技术地球姿态敏感方法,阐述其算法原理和工作波段选择。由于大视场光学系统的引入,分析了光学系统的成像方式引起的姿态测量误差。实验表明提出的基于焦平面技术地球姿态敏感方法具备较高精度的姿态测量功能。     

基于三维空间模型的毫米波蜂窝网络覆盖概率分析

毫米波蜂窝网络通常在二维空间下建模和性能分析.二维模型适合基站分布稀疏的郊区,但是并不适合城市环境下密集蜂窝网络的性能分析.基于随机几何理论提出三维空间模型.该模型假设基站分布为三维泊松点过程;阻碍模型为视距(line of sight,LOS)球模型;信道为Nakagami-m衰落信道;收发端使用大规模天线阵列获得最大的波束成形增益.基于该模型,给出了三维空间下目标用户和最近基站距离的概率密度函数,推导出目标用户的平均覆盖概率,通过蒙特卡洛仿真实验与二维模型的性能进行了对比,分析了路径损耗、蜂窝半径、天线的波束宽度和天线增益等参数变化对平均覆盖概率的影响.实验结果表明,在密集的城市环境下,三维模型对毫米波蜂窝网络的性能分析更加精确.     

基于Nios红外图像实时非均匀性校正研究

针对红外成像系统在图像处理中所涉及的数据量大,实时处理难于实现的特点,运用Altera公司SOPC-Nios嵌入式软核心处理器技术,提出一种利用FPGA硬件实现红外焦平面阵列实时非均匀性两点校正的方法.该方法针对非均匀性校正关键的内部循环和耗时算法,创建Nios嵌入式处理器的定制指令,将复杂的顺序指令简化为硬件实现的单指令,用硬件实现校正算法,极大地提高了系统的处理速度和性能,有效地解决了红外成像技术中实时性难题.     

基于线性外推理论的红外焦平面阵列盲元检测算法

盲元的存在严重影响了红外成像系统的性能,为有效地检测出红外焦平面阵列中存在的盲元,详细分析了盲元与点目标在邻域像素灰度分布上的差异,在此基础上利用趋势外推理论能够对事物发展预测的特性,提出了基于二维线性外推理论的盲元检测算法.实验结果证明,这一算法不仅具有复杂度低、易于实现的特点,而且具有较高的检测率,完全满足实际应用中对盲元检测精度的要求.     

面阵折射微透镜与红外焦平面结构

分析了利用面阵凸折射微透镜来增大红外凝视焦平面成像器件的填充系数,进而提高信噪比以改善器件光电响应特性的物理机制,讨论了引入凸折射微透镜阵列对红外焦平面器件的空间分辨率、探测率D*和红外响应均匀性等参量的影响.     

基于帧间运动的神经网络非均匀性校正及其硬件实现

为解决红外焦平面阵列的非均匀性噪声制约红外成像质量问题,提出基于场景的神经网络非均匀性校正算法,利用帧间运动的图像序列实现非均匀性校正.先采用基于投影的运动估计算法选取神经网络算法的学习参考帧,再进行偏置矩阵计算的基于帧间运动判断的神经网络非均匀性校正算法,有效克服了传统SBNNT由于运动不足产生的鬼影问题.算法已在以TMS320DM643为处理核心DSP硬件处理平台上实现,取得了较好的校正效果.     

8～12μm热红外图像的特征增强算法研究与DSP实现

热红外成像技术在众多领域和军事领域都发挥着重要的作用.由于焦平面阵列FPA红外探测器的噪声大以及弱小目标红外信号的灰度级不明显,文中采用Gauss与非线性中值联合滤波抑制噪声以及分线段增强算法对图像的特征进行增强.图像实时信号处理系统(DSP)用TMS320DM6437来实现.实验结果表明:该算法和DSP实时信号处理系统的结合,实现对弱小目标的特征增强.     

一种光纤一体化光控毫米波波导功率开关

研制了Ｅ面矩形波导中国载硅片作为光控介质的光控微波开关采用光纤将激光脉冲光束通过ＳＥＬＦＯＣ透镜引入，实现光控微波功率开关的功能。这种开关的插入损耗小于１ｄＢ，脉冲响应快于０．０５μｓ，开关比优于４２ｄＢ，测试频率在８ｍｍ波段。