[发明专利]一种红外焦平面器件输出信号可编程模拟装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外成像系统的开发调试技术，尤其涉及一种红外焦平面器件输出信号可编程模拟装置及方法，属于信号模拟技术领域。

背景技术

目前，红外成像技术已广泛应用于军事、工业、农业、医疗和科学研究等各个领域。红外成像系统主要包括红外光学系统、红外焦平面器件及其数据采集系统，其中红外焦平面器件是其核心部件，用来接收红外辐射信号并转化为相应的电信号，若直接使用红外焦平面器件进行后端数据采集系统的研制、测试、校正等，一方面由于焦平面的研制、采购等原因会影响数据采集系统的研制进度；另一方面由于对系统的测试不可能一次性成功完成，需要多次插拔焦平面器件来测试系统的性能，这样会对焦平面器件性能带来风险；同时还由于前端光路系统功能的不确定性，会导致后端红外采集系统调试的不确定性。因此有必要采用模拟装置来模拟红外焦平面器件输出信号，对数据采集系统进行调试，验证其电路设计及硬件逻辑时序的准确性。

现有信号模拟装置的设计构架基本类似，一是外接入任意波形发生器作为数据源，其缺陷是会使调试的过程不够直观，难以判断逻辑时序的准确性，且无法产生焦平面器件输出的全部信号(包括确定的图像输出信号)，无法满足红外成像系统在科研和维修中的测试需求；二是用电脑主机加数据板卡的方式实现信号的模拟与传输，计算机的PCI接口可将红外场景图像注入到探测器模拟装置中，探测器模拟装置对图像进行缓存和时序整理后按照红外实时信号处理平台的需求输出，缺陷是其复杂的结构会使装置在搬运时存在不便性，而且接口及功能不具有通用性，使用方式复杂；另外，现有红外成像探测器模拟装置设计都只是单纯出于为红外信号处理平台提供图像数据源的考虑而设计的，没有考虑到探测器在成像过程中对图像的影响，以及没有模拟真实探测器接口的对外成像信息输出，使得模拟装置的对外接口不能与真实探测器接口相兼容，不具有直接连接到信号采集电路的探测器输入接口上的功能，实用性不强。

因此，能否设计一种新型的红外焦平面器件输出信号模拟装置及方法以克服上述缺陷，成为本领域技术人员有待解决的技术难题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明旨在提供一种红外焦平面器件输出信号可编程模拟装置及方法，能够满足红外数据采集系统的各种测试需求，实现模拟装置的通用性、便携性、实用性，且优化其调试方法，减小调试成本，缩短调试时间。

本发明是这样实现的，该红外焦平面器件输出信号可编程模拟装置包括：主控模块、CPCI总线接口电路、DPLL时钟发生及可编程时钟分配模块、同步信号产生模块、同步信号延迟模块、DAC模块以及存储器模块，其中，主控模块与CPCI总线接口电路通过CPCI总线连接，CPCI总线接口电路通过内部总线分别与DPLL时钟发生及可编程时钟分配模块、同步信号产生模块、同步信号延迟模块、DAC模块以及存储器模块连接；其输出波形为串行输出的一幅图像，每个时钟代表红外焦平面阵列的一个像元，高电平代表信号，低电平代表本底，波形的最高电压对应灰度值255，波形的最低电压对应灰度值0，波形模拟像元在高电平与低电平之间的任何一个电压值，被换算成相应的灰度值，通过主控模块的编程更改输出波形的输出幅度、输出阵列、输出频率，得到任意型号探测器的接口模拟信号和数字信号输出。

在一些技术方案中，还包括采集电路接口，其与同步信号延迟模块、DAC模块以及存储器模块相连接，对后级的数据采集模块输入所需的接口模拟信号和数字信号。

在一些技术方案中，接口数字信号包括：帧同步信号、行同步信号、像元同步信号、CDS同步信号；模拟信号为模拟焦平面器件成像信息输出的信号。

在一些技术方案中，主控模块为单片机或FPGA，通过VHDL语言进行编程设计，对DPLL时钟发生及可编程时钟分配模块、同步信号产生模块、同步信号延迟模块、DAC模块以及存储器模块进行控制，完成图像波形转换、波形显示和编辑、设置焦平面器件规模、输出信号的频率、幅度、帧行消隐时间、同步信号延迟时间的功能。

在一些技术方案中，主控模块为Xilinx公司的Spartan.IIIXC3S200或Spartan-6系列。

在一些技术方案中，CPCI总线接口电路在Xilinx公司的ISE9.1环境下进行，用VHDL硬件描述语言完成电路的设计，完成译码、寄存器配置、访问重试、奇偶校验及状态机控制功能。

在一些技术方案中，DPLL时钟发生及可编程时钟分配模块以NBC12429芯片为核心设计，产生不同相位的高精度、低抖动时钟信号。