發(fā)布時(shí)間：2018-03-24 14:57

  本文選題：距離選通技術(shù)　切入點(diǎn)：ICCD　出處：《中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)》2015年碩士論文

【摘要】：自激光出現(xiàn)以來,距離選通激光主動成像技術(shù)能夠有效克服大氣中懸浮顆粒的后向散射以及背景光的影響,顯著提高圖像對比度,改善成像質(zhì)量,與連續(xù)激光照明成像系統(tǒng)相比作用距離也更遠(yuǎn),這些優(yōu)勢使得距離選通成像技術(shù)越來越受到各國軍方重視,廣泛應(yīng)用于目標(biāo)探測、精密追蹤等諸多領(lǐng)域。本文在全面分析距離選通成像技術(shù)的工作原理及其同步控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,首先對選通ICCD的結(jié)構(gòu)及工作原理做出了分析,為了進(jìn)一步提高ICCD的空間分辨率,獲得研制高性能ICCD,通過分析ICCD各組成部件特性,分析像增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)及陰極靈敏度、MCP倍增特性、熒光屏余輝時(shí)間等對像增強(qiáng)器性能的影響,研制了一種短余輝、高分辨率、快時(shí)間響應(yīng)的高速選通超二代像增強(qiáng)器,通過光纖錐與CCD耦合成高性能距離選通ICCD。理論分析了ICCD的調(diào)制傳遞函數(shù)及計(jì)算了ICCD的理論空間分辨率,為實(shí)驗(yàn)測試ICCD性能提供了理論依據(jù)。理論計(jì)算的ICCD空間分辨率可達(dá)32lp/mm。ICCD在工作時(shí),需與激光器協(xié)調(diào)配合以實(shí)現(xiàn)同步,此外還需配以必要的工作電壓,并實(shí)現(xiàn)良好的增益控制,為此自主設(shè)計(jì)研制了基于FPGA現(xiàn)場可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)的距離選通控制電路,采用FPGA設(shè)計(jì)的電路控制系統(tǒng)可以產(chǎn)生出納秒級的選通門寬,實(shí)現(xiàn)了對ICCD的數(shù)字控制,同時(shí)可以對選通脈沖寬度和延時(shí)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整,實(shí)現(xiàn)不同亮度以及距離目標(biāo)的清晰成像,大大降低了背景噪聲以及增大成像的動態(tài)范圍。設(shè)計(jì)的增益監(jiān)控和控制功能方便了增益的控制。本文完成了基于FPGA距離選通控制電路的軟硬件設(shè)計(jì)和電路板的繪制及功能調(diào)試,實(shí)現(xiàn)了距離選通過程中對控制電路的要求,完成了數(shù)模、模數(shù)的轉(zhuǎn)換功能,完整的實(shí)現(xiàn)了FPGA芯片與計(jì)算機(jī)的通訊。本文最后搭建了相關(guān)實(shí)驗(yàn)測試平臺,對ICCD性能進(jìn)行了測試,測試結(jié)果顯示選通門寬度3 ns~直流連續(xù)可調(diào)實(shí)現(xiàn)了對像增強(qiáng)器的選通,選通頻率最高可達(dá)到300 kHz,高重頻窄門寬的應(yīng)用有效降低了圖像噪聲,提高成像質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)測試在微通道板電壓為700 V、熒光屏電壓為5000 V時(shí)增強(qiáng)器增益可達(dá)10718cd/m2lx,ICCD系統(tǒng)空間分辨率達(dá)到29.7 lp/mm。
[Abstract]:Since the laser appeared, the range gated laser active imaging technology can effectively overcome the backscattering of suspended particles in the atmosphere and the influence of background light, improve the contrast of images and improve the imaging quality. Compared with the continuous laser illumination imaging system, the range gated imaging technology has been paid more and more attention by the military, and has been widely used in target detection. On the basis of analyzing the working principle of range-gated imaging technology and its synchronous control technology, the structure and working principle of gated ICCD are analyzed in this paper. In order to further improve the spatial resolution of ICCD and obtain the high performance ICCDs, the effects of the structure of image intensifier, cathode sensitivity, afterglow time and so on on the performance of image intensifier are analyzed by analyzing the characteristics of each component of ICCD. A high speed strobe supersecond generation image intensifier with short afterglow, high resolution and fast time response is developed. The optical fiber cone is coupled with CCD to form a high performance range-gated ICCD. The modulation transfer function of ICCD is theoretically analyzed and the theoretical spatial resolution of ICCD is calculated. The theoretical basis is provided for the experimental testing of ICCD performance. When the theoretically calculated ICCD spatial resolution can reach 32lp/mm.ICCD, it is necessary to coordinate with the laser to achieve synchronization, in addition, it is necessary to match the necessary working voltage and achieve good gain control. For this reason, the distance gating control circuit based on FPGA field programmable logic device is designed and developed independently. The circuit control system designed by FPGA can produce nanosecond gate width and realize the digital control of ICCD. At the same time, the width of the strobe pulse and the delay time can be adjusted to realize the clear imaging of the target with different brightness and distance. It greatly reduces the background noise and increases the dynamic range of imaging. The designed gain monitoring and control functions facilitate the gain control. In this paper, the hardware and software design of the distance gating control circuit based on FPGA and the drawing and function debugging of the circuit board are completed. The requirements of the control circuit in the distance gating process are realized, the conversion functions of digital to analog and analog-to-digital are completed, and the communication between the FPGA chip and the computer is completed. Finally, the related experimental test platform is built, and the performance of ICCD is tested. The test results show that the strobe width of the gate can be adjusted continuously from 3ns to DC, and the gating frequency of the image intensifier can be up to 300kHz. The application of high repetition frequency and narrow gate width can effectively reduce the image noise. When the voltage of microchannel plate is 700V and the voltage of phosphor screen is 5000 V, the gain of intensifier can reach 10718cd / m2lxICCD system spatial resolution of 29.7 lp / mmmm.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN249

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