距离选通ICCD及其控制电路设计与实现
自激光出现以来,距离选通激光主动成像技术能够有效克服大气中悬浮颗粒的后向散射以及背景光的影响,显著提高图像对比度,改善成像质量,与连续激光照明成像系统相比作用距离也更远,这些优势使得距离选通成像技术越来越受到各国军方重视,广泛应用于目标探测、精密追踪等诸多领域.本文在全面分析距离选通成像技术的工作原理及其同步控制技术的基础上,首先对选通ICCD的结构及工作原理做出了分析,为了进一步提高ICCD的空间分辨率,获得研制高性能ICCD,通过分析ICCD各组成部件特性,分析像增强器结构及阴极灵敏度、MCP倍增特性、荧光屏余辉时间等对像增强器性能的影响,研制了一种短余辉、高分辨率、快时间响应的高速选通超二代像增强器,通过光纤锥与CCD耦合成高性能距离选通ICCD.理论分析了ICCD的调制传递函数及计算了ICCD的理论空间分辨率,为实验测试ICCD性能提供了理论依据.理论计算的ICCD空间分辨率可达32lp/mm.ICCD在工作时,需与激光器协调配合以实现同步,此外还需配以必要的工作电压,并实现良好的增益控制,为此自主设计研制了基于FPGA现场可编程逻辑器件实现的距离选通控制电路,采用FPGA设计的电路控制系统可以产生出纳秒级的选通门宽,实现了对ICCD的数字控制,同时可以对选通脉冲宽度和延时时间进行调整,实现不同亮度以及距离目标的清晰成像,大大降低了背景噪声以及增大成像的动态范围.设计的增益监控和控制功能方便了增益的控制.本文完成了基于FPGA距离选通控制电路的软硬件设计和电路板的绘制及功能调试,实现了距离选通过程中对控制电路的要求,完成了数模、模数的转换功能,完整的实现了FPGA芯片与计算机的通讯.本文最后搭建了相关实验测试平台,对ICCD性能进行了测试,测试结果显示选通门宽度3 ns~直流连续可调实现了对像增强器的选通,选通频率最高可达到300 kHz,高重频窄门宽的应用有效降低了图像噪声,提高成像质量.实验测试在微通道板电压为700 V、荧光屏电压为5000 V时增强器增益可达10718cd/m2lx,ICCD系统空间分辨率达到29.7 lp/mm.
- 作者：
- 何欢
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
- 专业名称：
- 物理电子学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 田进寿
- 中图分类号：
- TN249
- 关键词：
- 距离选通技术；ICCD；FPGA；分辨率；选通门宽；增益控制
- Range-gated technology； ICCD； Image resolution； Gate width； Gain control