Публикации автора

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.

Рассматривается схема построения 14-разрядного дельта-сигма аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с конвейерным считыванием. Анализируются основные концепции построения (АЦП) в накопительной ячейке для матричных ФПУ ИК-диапазона. Наличие АЦП в ячейке БИС считывания позволяет в десятки раз увеличить время накопления и, улучшить пороговые характеристики. Предложен способ оптимизации АЦП по площади за счет применения LFSR-счетчика, работающего в двух режимах: формирования цифрового кода и его последовательного считывания.

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.

Развитие оптико-электронных систем для мониторинга земной поверхности в ИК-диапазоне потребовало применения новых способов построения фотоприемных устройств: внедрение больших интегральных схем (БИС) обработки и считывания фотосигналов; изготовление фоточувствительных структур на основе материала КРТ, имеющих высокую обнаружительную способность (10111012 Вт·см·Гц1/2) в спектральном диапазоне 2—12 мкм и работающих при температурах от 60 до 170 К; снижение шага следования каналов и увеличение формата ФПУ; применение режима временной задержки и накопления (ВЗН) непосредственно на кристалле БИС считывания. В данной работе представлены два типа фотоприемных модуля: многоспектральный (3—12 мкм) на шесть поддиапазонов формата 576×4; односпектральный (2—3 мкм) формата 1024×10.

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.

Анализируются варианты построения БИС считывания для сканирующих ИК ФПУ с цифровым режимом ВЗН. Накопление и обработка фотосигнала в цифровом виде позволяют существенно повысить количество каскадов ВЗН и, соответственно, улучшить отношение сигнал-шум на выходе БИС считывания. Рассмотрены две основные архитектуры БИС считывания с цифровым режимом ВЗН: шинно-адресная и конвейерная. Приведены варианты построения однобитных АЦП: преобразователь «фототокчастота», преобразователь «фототок-временной интервал». Отмечены преимущества конвейерной архитектуры: меньшая занимаемая площадь в сочетании с пониженной потребляемой мощностью.

Обосновывается необходимость применения новых способов расширения динамического диапазона МФПУ коротковолнового ИК-диапазона. Традиционно применяемые способы обладают низкой эффективностью, особенно для мегапиксельных форматов и с шагом ячеек не более 15 мкм. Наибольшей эффективностью расширения динамического диапазона (более 100 дБ) обладают адаптивные ячейки с индивидуальной подстройкой времени накопления и линейно-логарифмической передаточной характеристикой.

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.