CN106595875B - 一种新型的tdi线列红外探测器读出电路 - Google Patents

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Abstract

本发明一种新型的TDI线列红外探测器读出电路，包括输入级电路、开关管Q1、采样电容C1、开关管Q2、采样电容C2、TDI运算电路、比较器U1、二选一开关K1；通过控制Q1和Q2的开关时间，实现同一目标在输入级一档积分电容下，一次曝光积分中具有两种采样，并根据目标的强弱，自动选择其中一种合适的采样结果输出，即可同时探测强弱目标，实现大动态范围探测。

Description

一种新型的TDI线列红外探测器读出电路
技术领域
本发明属于光电元器件红外探测器领域，涉及一种新型的TDI线列红外探测器读出电路。
背景技术
TDI型线列红外探测器一般应用于扫描型和推扫型红外探测系统，时间延迟积分(TDI)是基于对同一物体的多次曝光累加的概念发展而来的，其输出信号是多级信号累加的结果。
目标被单个像元获取所得的信号电压为Vs0，噪声电压为Vn0，实现N级TDI功能的N个像元读出信号电压分别为Vs1～VsN、电路噪声分别为Vn1～VnN。
由于同一目标在不同探测像元上产生的信号在时间上是完全相关的，按照相关性理论，这些信号可以进行完全叠加，而噪声由于其随机涨落性，是完全不相关的，不能进行完全叠加。
常规TDI红外探测器通过调整增益实现大动态范围探测。红外探测器增益调整是指调整读出电路输入级的积分电容，在输入级电路中有多档积分电容。当信号强，光电转换产生电子数多，超过积分电容的满阱电子数时，通过切换更大容值的积分电容，避免信号饱和；当信号弱，光电转换产生电子数少，通过切换小容值电容，可以得到高输出电压，利于信号处理。
当红外探测系统探测目标的辐照度变化大，又要求可同时有效探测强、弱目标时，常规的TDI线列红外探测器通过调整增益的方法无法满足单帧探测(一次探测)中能够同时探测强目标和弱目标的要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种新型的TDI线列红外探测器读出电路，可以有效提高红外探测器单帧探测动态范围，实现在一档积分电容下，同时探测强、弱目标。
本发明的技术方案是：一种新型的TDI线列红外探测器读出电路，包括输入级电路、开关管Q1、采样电容C1、开关管Q2、采样电容C2、TDI运算电路、比较器U1、二选一开关K1；TDI线列一般像元的输入级电路输出接至开关管Q1的一端，开关管Q1的另一端分别接至采样电容C1的一端和TDI运算电路的一个输入端，采样电容C1的另一端接地；TDI线列一个特殊像元的输入级电路输出接至开关管Q1的一端，开关管Q1的另一端分别接至采样电容C1的一端、TDI运算电路的一个输入端以及开关管Q2的一端，采样电容C1的另一端接地,开关管Q2的另一端分别接至采样电容的C2的一端和二选一开关K1的一个输入端，采样电容C2的另一端接地；TDI运算电路的输出端分别接至比较器U1的一个输入端和二选一开关K1的另一个输入端，比较器U1的另一输入端接外部输入电压VSET，比较器U1的输出端接至二选一开关K1的控制端；
TDI线列每一个像元的输入级电路完成光信号到电信号的转换，当开关管Q1闭合时，输入级输出的电信号通过电容C1采样存储电压，TDI线列的一个特殊像元在开关管Q1闭合，通过电容C1采样存储电压时，开关管Q2也闭合，通过电容C2采样存储电压；每个像元C1采样电压都输入TDI运算电路后得到平均电压Uav，Uav连接到比较器U1，与外接电压VSET比较，判断TDI输出是否饱和，一旦饱和比较器U1的输出控制二选一开关K1选择特殊像元C2采样电压输出，否则选择平均电压Uav输出。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)无需切换增益，即切换积分电容可实现大动态范围的探测。在一档积分电容下可对同一目标实现两种积分时间的采样，并且可以自动选择最优结果输出。即在单帧成像过程中，可同时有效的探测强目标和弱目标，实现大动态范围探测。
(2)红外探测器的增益档数即读出电路中积分电容的个数受读出电路尺寸的限制，一般只能做到几档，当信号位于增益交集附近时，探测结果要么过大，要么过小，而本发明通过控制开关管的时间灵活设置两种积分时间，保证信号大小合适，发挥出探测器的最佳性能。
附图说明
图1TDI探测器成像原理图；
图2本发明TDI探测器电路原理图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参考附图对本发明进一步详细说明：
如图1所示，以四级TDI线列红外探测器为例，每一个TDI通道有4个像元，D1～D4，T1～T4为四次曝光(即景物A被积分采样四次)，沿着探测器运动方向，景物A在T1～T4的四个时间段分别被D1～D4四个像元积分并采样，最后4次积分采样的结果TDI运算后输出，这是常规TDI的探测器的成像原理。
本发明将探测器一次曝光的时间叫做“常规积分时间”，如图2，D1～D3像元读出电路输入级完成光信号到电信号的转换，在常规积分时间内，开关管Q1闭合，输入级输出的信号通过电容C1采样存储输出至TDI运算电路，常规积分时间结束，Q1打开，电容C1结束采样。
D4像元则是特殊像元，它的“常规积分时间”被分成两个连续的时间段，其中第一段时间被称为“短积分时间”，两个时间段一起为“常规积分时间”。在“短积分时间”内，其开关管Q1闭合时，通过电容C1采样存储输出，同时开关管Q2闭合，电容C2也采样存储输出。“短积分时间”结束后，开关管Q2打开，电容C2结束采样，剩余的积分时间，Q1继续闭合，电容C1继续采样，“常规积分时间”结束后，Q1打开，C1结束采样。这样电容C2的采样结果即对应为“短积分时间”。C1的采样结果即对应“常规积分时间”与D1～D3像元一样。
D1～D4像元的,电容C1采样结果即“常规积分时间“采样结果都输入TDI运算电路后得到平均电压Uav，Uav连接到比较器U1，与外接电压VSET比较(VSET设置为探测器饱和输出电压)，当Uav大于VSET，即探测器“常规积分时间”输出饱和，比较器U1的输出控制二选一开关K1选择D4像元电容C2的采样结果，即“短积分时间”采样结果，所以保证了探测器输出不饱和，相反当Uav小于VSET，即探测器常“规积分时间”输出不饱和，比较器U1的输出会控制二选一开关K1选择Uav输出，同样保证了探测器输出不饱和。为防止比较器受到噪声干扰，将比较器U1设置成迟滞比较器。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种TDI线列红外探测器读出电路，其特征在于：包括输入级电路、开关管Q1、采样电容C1、开关管Q2、采样电容C2、TDI运算电路、比较器U1、二选一开关K1；TDI线列一般像元的输入级电路输出接至开关管Q1的一端，开关管Q1的另一端分别接至采样电容C1的一端和TDI运算电路的一个输入端，采样电容C1的另一端接地；TDI线列一个特殊像元的输入级电路输出接至开关管Q1的一端，开关管Q1的另一端分别接至采样电容C1的一端、TDI运算电路的一个输入端以及开关管Q2的一端，采样电容C1的另一端接地,开关管Q2的另一端分别接至采样电容的C2的一端和二选一开关K1的一个输入端，采样电容C2的另一端接地；TDI运算电路的输出端分别接至比较器U1的一个输入端和二选一开关K1的另一个输入端，比较器U1的另一输入端接外部输入电压VSET，比较器U1的输出端接至二选一开关K1的控制端；
TDI线列每一个像元的输入级电路完成光信号到电信号的转换，当开关管Q1闭合时，输入级输出的电信号通过电容C1采样存储电压，TDI线列的一个特殊像元在开关管Q1闭合，通过电容C1采样存储电压时，开关管Q2也闭合，通过电容C2采样存储电压；每个像元C1采样电压都输入TDI运算电路后得到平均电压Uav，Uav连接到比较器U1，与外接电压VSET比较，判断TDI输出是否饱和，一旦饱和比较器U1的输出控制二选一开关K1选择特殊像元C2采样电压输出，否则选择平均电压Uav输出。
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