Публикации автора

Разработана универсальная система контроля параметров электронных блоков фотоприемных устройств в процессе их испытаний. С ее помощью возможно проведения продолжительных испытаний с автоматической регистрацией и сохранением результатов измерения параметров через настраиваемые промежутки времени. Универсальность достигается наличием АЦП и ЦАП, а так же встроенными коммутаторами сигналов. Рассмотрены примеры объектов исследования. Описана конструкция системы контроля параметров и методы обеспечения требуемых характеристик.

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.

Разработана универсальная установка измерения и контроля параметров электронных блоков фотоприемных устройств, позволяющая проводить тестирование сложных электронных блоков без монтажа специального оборудования и оснастки. Высокая универсальность установки заключается в наличии широкого набора средств для работы с цифровыми и аналоговыми сигналами, а также гибко настраиваемым программным обеспечением. Для подключения к измерительному тракту достаточно разработки жгутов и программного обеспечения, использующего модули АЦП, ЦАП, порты цифрового ввода-вывода и стандартное контрольно-измерительное оборудование, размещенное в 19’ серверной стойке, управляемое по интерфейсам IVI, NI DAQ, SCPI и VISA. В качестве примера применения измерительной установки представлены исследования характеристик электронного тракта блока телеметрии

Показано влияние низкочастотных шумов на точность измерения сигнала, получаемого с фотоприемных устройств второго и третьего поколений. В работе приведена методика определения величины сигнала и рассмотрены характерные для фотоприемных устройств второго и третьего поколений виды шумов и их спектры, и сделан вывод о том, что их предположительно спектр шума — «розовый». Показано, что в общем случае увеличение числа выборок не приводит к существенному увеличению точности определения величины сигнала. Проведено математическое моделирование влияния низкочастотных шумов на точность определения величины сигнала. Сделан вывод о том, что для повышения достоверности измерений сигнала с фотоприемных устройств, работающих при малом времени накопления, необходимо прореживание входных данных с целью увеличения времени измерения.

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.

Разработана аналитическая модель облученности фотослоя сканирующих и смотрящих матричных фотоприемных устройств (МФПУ). Плоскость фотослоя МФПУ в общем случае представляет собой любой заданный набор матриц фоточувствительных элементов (МФЧЭ) с различными спектральными характеристиками и расположением. Конструкция оптического тракта также представляет собой набор заданных плоскостей с любыми заданными окнами (диафрагмами), светопоглощающими экранами и светофильтрами, согласованными с заданным объективом и МФЧЭ. Учтены такие паразитные компоненты, как облученность от объектива, от всех светопоглощающих экранов и внешнего корпуса, от окон, с учетом их спектральных коэффициентов пропускания. Рассмотрены случаи с однородным и неоднородным внешним фоном, с изображением объектов с низкими и высокими пространственными частотами вплоть до точечных изображений.

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.

В данной работе представлена классификация и проведен сравнительный анализ топологий матриц фоточувствительных элементов (МФЧЭ) многорядных матричных фотоприемных устройств (ФПУ) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН) для инфракрасных (ИК) односпектральных оптико-электронных систем (ОЭС) с линейным однокоординатным сканированием. Предложен новый тип топологий МФЧЭ с «вложенными субматрицами», позволяющий снизить требования к юстировке ОЭС с одновременным обеспечением высоких пороговых характеристик. Рассчитаны требования к точности юстировки ОЭС со сканированием в зависимости от типа и параметров топологии МФЧЭ. Предложены топология МФЧЭ и новый способ комбинированного ВЗНсуммирования, позволяющие улучшить пороговые характеристики ОЭС на основе аналоговых КМОП-регистров ВЗН при сохранении суммарной емкости схемы ВЗН-суммирования. Предложен метод расчета требований к устройству, сканирующему ОЭС при использовании ФПУ с многосубматричной топологией МФЧЭ. Рассчитаны амплитуды сигналов на выходе ОЭС после процедуры согласованного суммирования в зависимости от степени рассинхронизации процессов сканирования и ВЗН-суммирования.

Представлен аналитический метод расчета параметров инфракрасного (ИК) фотоприемного устройства с заданной топологией матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ), осуществляющего регистрацию малоразмерных объектов в режиме линейного сканирования. Метод позволяет оценить отношение сигнал/шум и пространственное разрешение ИК фотоприемного устройства (ФПУ) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН) с учетом функции рассеяния точки оптической системы, пространственного распределения чувствительности фоточувствительных элементов (ФЧЭ), параметров дискретизации, ВЗН-суммирования и накопления, значений дробового шума и шума считывания, согласованного суммирования выходных сигналов ИК ФПУ. Проведена оценка пространственного разрешения ИК ФПУ в направлении сканирования, а также в направлении, ортогональном сканированию по двум малоразмерным объектам и по гармоническим мирам в зависимости от параметров топологии МФЧЭ. Найдены оптимальные размеры ФЧЭ (обеспечивающие максимальное отношение сигнал/шум, пространственное разрешение системы при этом не учитывалось) при регистрации пятна излучения в плоскости МФЧЭ, расположенного в максимуме/минимуме пеленгационной характеристики, с учетом/без учета шума считывания, с учетом/без учета дополнительной пространственной обработки выходных сигналов.