Научный архив: статьи

В данной работе предложен подход к решению проблемы выбора оптимальных параметров многорядного фотоприемного устройства (ФПУ) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН), предназначенного для регистрации точечных источников оптического излучения в ИК-диапазоне. Суть данного подхода заключается в построении модели рассматриваемого ФПУ с учетом необходимого набора данных, таких как: распределение интенсивности фонового излучения по матрице фоточувствительных элементов (ФЧЭ), параметры источника сигнала, предполагаемая структура ФПУ и т. д. На основании имеющейся информации производится расчет таких параметров ФПУ, как: оптимальный размер ФЧЭ в направлении сканирования и в направлении, перпендикулярном сканированию, допустимое рассогласование частоты опроса и скорости сканирования, необходимая стабильность скорости сканирования и т. д. После получения оптимальных параметров системы, производится расчет модуляционных характеристик матрицы ФЧЭ, осуществляется оценка разрешающей способности и т. д. В работе рассматриваются алгоритмы пеленгации точечных источников излучения многорядными ФПУ с ВЗН.

В статье рассмотрены основные принципы работы систем пространственно-временного преобразования информации на примере ФПУ с ВЗН формата 1024×10. Для вычитания неинформативной постоянной составляющей сигналов, во входных ячейках большой интегральной схемы (БИС) считывания ФПУ расположены отключаемые фильтры верхних частот. ВЗН осуществляется внутри БИС и имеет “адресную” реализацию с матрицей аналоговых сумматоров. С целью увеличения пространственного разрешения системы в направлении сканирования, на каждый канал ФПУ (10 чувствительных элементов) приходится 28 ВЗН-сумматоров. Таким образом, имеется возможность осуществлять 3 выборки значений сигналов при перемещении пятна излучения между соседними ФЧЭ в режиме сканирования. Матрица фоточувствительных элементов (ФЧЭ) разделена на 4 субматрицы с целью увеличения пространственного разрешения в направлении, перпендикулярном сканированию. В работе описаны основные схемотехнические решения и представлены необходимые расчетные соотношения.

В работе представлена методика измерения фотоэлектрических параметров ФПУ с режимом временной задержки и накопления (ВЗН) без оптико-механического сканирования. Особенностью ФПУ является наличие отключаемых фильтров верхних частот во входных ячейках большой интегральной схемы (БИС), что позволяет производить вычитание неинформативной постоянной составляющей сигналов. В качестве источника оптического сигнала выступало абсолютно черное тело (АЧТ) с модулятором. Критерием выбора частоты модуляции служил период ВЗН и амплитудно-частотная характеристика ФПУ. Для корректного измерения значений сигналов произведен расчет параметров нерекурсивного ВЗН-фильтра. Значения шумов ФПУ получены вычитанием периодической амплитудной модуляции. Произведен расчет зависимости фоновых облученностей на чувствительный элемент, построена зависимость шумов ФПУ от температуры фона. Вычислены внутренние шумы ФПУ. В конце работы представлены численные результаты измерения параметров.

В статье представлена модель многорядного матричного фотоприемного устройства (МФПУ) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН), предназначенного для регистрации точечных источников оптического излучения в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне спектра. С использованием модели решены некоторые задачи метрологии, например расчет коэффициента ослабления амплитуды выходного сигнала ВЗН-МФПУ с фильтрами верхних частот на входе большой интегральной схемы (БИС) считывания при равномерной засветке матрицы фоточувствительных элементов (ФЧЭ) модулированным излучением абсолютно черного тела (АЧТ). Также произведена оценка формы выходного сигнала, создаваемого точечным источником оптического излучения при различных характеристиках электронного тракта МФПУ. Произведен расчет частотноконтрастных характеристик (ЧКХ) многорядных МФПУ с различными параметрами. Представлены выходные изображения модели при наличии в фокальной плоскости объектива цели и пространственно — неоднородного фонового изображения.

Произведен расчет оптимальных коэффициентов пространственного фильтра для выходных изображений многорядного фотоприемного устройства (ФПУ) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН). Представлены результаты анализа эффективности пространственной фильтрации от величины матрицы фильтра, чувствительности и уровня шумов отдельных каналов ФПУ, размера изображения целевого источника излучения. Исследовано влияние оптимальной пространственной фильтрации выходных сигналов ФПУ на пространственное разрешение итогового изображения. Приведены результаты экспериментальных исследований эффективности оптимальной пространственной фильтрации изображений.

В данной работе рассмотрены два метода исследования многорядного фотоприемного устройства (ФПУ) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН), предназначенного для регистрации точечных источников оптического излучения. Первый метод предполагает использование оптико-механической системы сканирования, а также имитатора излучения целевого объекта, второй — равномерную засветку матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) модулированным излучением абсолютно черного тела (АЧТ). Представлена математическая модель ВЗН-ФПУ, позволившая оценить влияние таких факторов, как закон распределения чувствительности по площади ФЧЭ, форму пеленгационной характеристики, передаточную функцию электронного тракта и др., на значения параметров ФПУ. Произведено сравнение экспериментальных и теоретических результатов. Показано, что значения пороговых характеристик, рассчитанных по каждому из методов, совпадают c учетом значения найденного коэффициента пересчета.

Проведен анализ современных схемотехнических и программных методов расширения динамического диапазона матричных фотоприемных устройств, а также их классификация. Выделены пять основных групп методов, включающих в себя: реализацию нелинейной зависимости фототока от падающего излучения, подключение дополнительных емкостей, адаптивные методы, многокадровую обработку, бинирование. Рассмотрены особенности каждой группы методов, приведены основные идеи и алгоритмы работы, а также варианты реализаций ячеек считывания.

В работе исследуется влияние алгоритма режима временной задержки и накопления (ВЗН) на выходные характеристики многорядного матричного фотоприемного устройства (МФПУ). В качестве параметров выходных характеристик используются пространственное разрешение и амплитуда сигнала от точечной цели. Рассмотрены два способа реализации режима ВЗН внутри большой интегральной схемы (БИС) считывания: на основе аналогового КМОП ВЗН-регистра и на основе ВЗН-сумматоров. Исследованы зависимости пространственного разрешения и амплитуды ВЗН-сигналов от значения коэффициента переноса заряда между ячейками регистра. Предложен универсальный метод выбора параметров ВЗН-регистра. Произведено сравнение двух способов реализации режима ВЗН с точки зрения параметров выходных характеристик МФПУ.

Проведено комплексное теоретическое исследование, позволившее оценить степень влияния взаимосвязи сигналов многорядного крупноформатного фотоприемного устройства (ФПУ) на его характеристики. Предложено классифицировать виды взаимосвязи следующим образом, а именно, выделить два вида фотоэлектрической связи: “внутриканальную фотоэлектрическую связь” и “межканальную фотоэлектрическую связь”, а также два вида электрической связи: “взаимосвязь в схеме ВЗН-суммирования” (ВЗН — временная задержка и накопление) и “взаимосвязь внутри блока сопряжения”. Представлены формы выходных сигналов ФПУ, характерные для каждого вида взаимосвязи сигналов. Вычисления проведены для двух различных топологий матриц фоточувствительных элементов. Результаты, полученные в работе, применимы для широкого класса инфракрасных (ИК) ФПУ с режимом ВЗН.

Представлен первый отечественный матричный фотоприемный модуль (ФПМ) коротковолнового ИК-диапазона для активно-импульсных формирователей изображения. В состав ФПМ входит матрица p–i–n-фотодиодов на основе гетероструктуры InGaAs/InP формата 320×256 с шагом 30 мкм, большая интегральная схема (БИС) считывания фотосигналов, термоэлектрический охладитель и герметичный корпус с сапфировым окном. Основной особенностью ФПМ является возможность функционирования в четырех режимах: пассивный, активно-импульсный 3D, активно-импульсный 2D, асинхронный бинарный. Гибкое сочетание указанных режимов позволяет получить максимум информации о наблюдаемых объектах. Информация о дальности, формируемая в каждом пикселе ФПМ, в совокупности с яркостными сигналами, позволяет осуществить синтез 3D-изображений объектов. В работе приведены основные параметры ФПМ и примеры ИК-изображений, полученных в различных режимах функционирования. Приводятся дальнометрические расчеты в зависимости от мощности и угла расходимости лазерного излучения. Рассматриваются основные источники погрешности при вычислении разрешения по дальности.

Представлен обзор литературы по многорядным инфракрасным (ИК) фотоприемным устройствам (ФПУ) космического базирования, предназначенным для дистанционного зондирования Земли. Рассмотрены виды устройств, их назначения, основные спектральные диапазоны и принципы работы. Приведены наиболее распространенные схемы цифровых и аналоговых ячеек большой интегральной схемы (БИС) считывания фотосигналов многорядных ИК ФПУ, для каждой схемы указаны условия применимости. Рассмотрены три способа реализации режима временной задержки и накопления (ВЗН): аналоговое суммирование внутри БИС, цифровое суммирование внутри БИС, цифровое суммирование в блоке цифровой обработки. Представлены структурные либо принципиальные схемы ВЗНсуммирования. Рассмотрены наиболее распространенные топологии фоточувствительных элементов (ФЧЭ) многорядных ИК ФПУ космического базирования. Проведен анализ математических моделей многорядных ИК ФПУ.

Загрязнение атмосферы значительно влияет на метеорологические параметры, включая температуру воздуха, влажность и скорость ветра. Черный углерод (сажа) и сернистые газы, среди прочих загрязнителей, играют ключевую роль в этом процессе, поглощая солнечное излучение и взаимодействуя с водяным паром в атмосфере соответственно. Это требует тщательного изучения и учета при разработке стратегий снижения уровня загрязнения. Город Иркутск является одним из городов Иркутской области участвующим в федеральном проекте «Чистый воздух» национального проекта «Экология». Данная статья посвящена исследованию различий, метеорологических данных города Иркутска, полученных из двух различных источников: https://rp5. ru и http://aisori-m. meteo. ru. Исследование проводилось за период с 2010 по 2022 гг. Для установления статистической значимости различий между выборками метеорологических данных был использован парный t-критерий Стьюдента, этот метод позволяет определить, являются ли различия между двумя наборами данных случайными или они действительно отражают реальные различия. В ходе работы было проведено сравнение и анализ среднемесячных показателей следующих параметров погоды: вероятность сильного ветра, штиля, осадков и тумана, а также рассчитанного на их основе метеорологического потенциала загрязнения атмосферы (МПЗА) промышленными выбросами загрязняющих веществ. Было обнаружено, что существуют различия во всех наборах данных, за исключением вероятности сильного ветра. Также были предложены возможные причины этих расхождений.