[发明专利]一种基于红外焦平面探测器的干涉图数据采集读出系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种信号采集系统，具体涉及一种基于红外焦平面探测器的干涉图数据采集读出系统。

背景技术：

系统的基本探测原理是傅里叶光谱探测，即利用迈克尔逊干涉仪原理，对被测目标的干涉信号按照等光程差进行采样，然后把干涉光强信号进行傅里叶变换，从而得到被观测目标的光谱。干涉信号是干涉仪产生的，系统基本组成为探测器、干涉系统以及光学系统。红外波段的探测器还需要工作在低温环境，地面工作时需要使用杜瓦加液氮制冷。同时还需要激光器，激光通过干涉系统产生等光程差参考信号，此信号为采样同步信号。

本系统的干涉仪是采用迈克尔逊干涉仪结构，通过往复移动的动镜和固定不动的定镜以及分光镜和反射镜组成的光学系统产生干涉信号，这里动镜是通过动镜运动控制盒控制电机使其进行匀速运动的。

基于干涉原理的探测方法的不足之处就是探测所需要的时间较长，只有获取完整的一幅干涉图，才能进行光谱反演，继而获得被测目标的光谱信息。而基于焦平面探测技术，在一次干涉图形成过程中，可以同时获得来自成百上千个像元的干涉图，可大大提高探测效率，对规定范围的探测，配以高分辨率光学系统，能实现更高空间分辨率的探测。

干涉信号获取系统主要是完成干涉图信号的采样和相关处理，这些信号获取和处理除了受到信号本身的特性，比如动态范围、信号噪声水平等限制，同时还受到光程差时间间隔限制，数据的调理、采集、传输、存储都需要一个等光程差间隔内完成。

傅里叶光谱探测最初应用在化学分析领域，随着傅里叶变换光谱仪理论体系的成熟，在天文和大气科学领域的应用也引起广泛重视。当前傅里叶变换光谱仪在气象遥感上的应用已经成为一种趋势。星载大气垂直探测仪是气象卫星上搭载的主要红外遥感仪器之一。

美国自二十世纪六十年代就开始研制空间干涉光谱探测装置。以干涉仪为分光手段的大气探测仪早在上世纪70年代前后就在“雨云”试验卫星上搭载过。几十年来，美国、欧洲和日本等国研制了多种空间高光谱分辨率大气探测仪器。这些研究项目中，大部分的主要目的是探测化学成分(例如臭氧温室气体等)主要为环境服务，例如MIPAS、TES等。另一部分主要服务于气象，如GIFTS、CrIS和IASI等。服务于气象的干涉仪研究项目中最具有代表性的是：ITS、GHIS、GIFTS、CrIS和ISAI。前四个项目是美国的，最后一个项目IASI是法国的。ITS是雨云卫星上干涉探测研究的继续，后来发展成为CrIS。CrIS和IASI都工作在极轨轨道上，CrIS最高光谱分辨率达到0.6波数左右，IASI最高光谱分辨率达到0.35波数左右。GHIS和GIFTS的研究是服务于静止轨道气象卫星。在这些干涉式大气探测研究项目中，GIFTS作为静止轨道大气探测项目，是目前最为先进的大气垂直探测仪。

自从二十世纪七十年代以来，国内几家科研机构进行的干涉仪研究工作为：西安光机所的环境卫星，波段为可见光到近红外；上海技术物理研究所在这方面的工作主要为研究波段3～15um，即中波、长波红外波段。

2016年下半年我国发射的风云四号气象卫星搭载的大气垂直探测仪为中波32*4光伏型红外焦平面探测器，长波32*4光导型红外焦平面探测器，是我国首次将用于红外干涉信号探测的焦平面探测器用于星上使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于红外焦平面探测器在等光程差条件下采样的干涉信号获取电路，实现同时获得32*32幅干涉图信号，解决以前干涉探测效率低的问题，提高探测时间分辨率。

数据采集系统包括几个部分。第一部分是探测器接口处理模块(一级调理)，由参考源、电阻分压网络、滤波电容、跟随器以及滤波器组成；第二部分是探测器信号校正模块(二级调理)，由高速低噪声的运算放大器电路和电阻电容组件的滤波电路以及比较器组成；第三个部分是FPGA时序控制及采集模块，通过高速FPGA高速、锁存器、高速运算放大器和16位高速AD转换芯片以及电阻电容搭建而成。第四部分是电源模块，通过电源转换芯片搭建而成。第五个部分是数据处理模块，使用C语言在Visual studios 2010平台上编译实现。

下面描述电路的工作流程

上电顺序：依次将将激光器电源和激光器前方电源打开，然后模拟电源，数字电源，动镜电机，PCIE采集卡电源上电。

断电顺序：依次断开PCIE采集卡电源、动镜电源、数字电源、模拟电源、激光器前方电源和激光器电源。

打开动镜电机电源后，观察到动镜匀速做往复运动且检测到发出的匀速信号，说明启动正常。