CN107062989B - 一种基于微型帕尔贴阵列的红外动态场景模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学测试技术领域，尤其涉及一种基于微型帕尔贴阵列的红外动态场景模拟器，包括控制计算机、驱动电路、微型帕尔贴阵列和投影镜头；控制计算机通过VGA接口与驱动电路连接，驱动电路通过寻址线与帕尔贴阵列相连接，帕尔贴阵列放置于投影镜头的焦平面上；控制计算机用于产生视频矩阵模拟信号，并发送给驱动电路；驱动电路对视频矩阵模拟信号进行解析，并进行模数转换，然后向微型帕尔贴阵列发送数字驱动信号；微型帕尔贴阵列产生温场分布图像，并辐射至投影镜头；投影镜头产生无穷远处的无渐晕的红外动态场景。本发明可实现低温高分辨率红外动态场景的模拟，有效提高低温红外动态场景模拟精度，满足不同导引头的测试需求。

Description

一种基于微型帕尔贴阵列的红外动态场景模拟器

技术领域

本发明涉及光学测试技术领域，尤其涉及一种基于微型帕尔贴阵列的红外动态场景模拟器。

背景技术

在利用红外成像导引头进行实验室内仿真测试过程中，红外动态场景模拟器是其中应用到的最重要的仿真测试设备。红外动态场景模拟器可以模拟红外成像导引头实战过程中实际观察到的目标红外景象信息，形成一幅静止或多幅连续的红外场景图像，以在红外成像导引头前期设计和中期测试过程中，对红外成像导引头的作战效果进行精确的预期评估，发现不足以进行循环改进设计，减少研制反复，缩短研制周期。

红外动态场景模拟技术在国内发展已有一段时间，诸如红外液晶光阀、红外电阻阵列、红外DMD等，广泛应用于各导弹武器系统红外成像导引头的仿真测试应用中。

然而，红外液晶光阀对比度低、红外电阻阵列分辨率较低且无法模拟低温目标、红外DMD在长波波段衍射现象严重，无法满足高分辨率、低温的动态场景模拟。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于微型帕尔贴阵列的红外动态场景模拟器，用以解决现有技术无法进行高分辨率低温动态场景模拟的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于微型帕尔贴阵列的红外动态场景模拟器，包括控制计算机、驱动电路、微型帕尔贴阵列和投影镜头；

所述控制计算机与驱动电路连接，所述驱动电路与帕尔贴阵列相连接，所述帕尔贴阵列放置于投影镜头的焦平面上；

所述控制计算机用于产生视频矩阵模拟信号，并发送给驱动电路；

所述驱动电路包括模数转换模块和FPGA门阵列模块，用于接收控制计算机发送的视频矩阵模拟信号并对其进行解析，然后进行模数转换，向微型帕尔贴阵列发送数字驱动信号；

所述微型帕尔贴阵列的每个帕尔贴像元由驱动电路加以驱动电压，使得微型帕尔贴阵列产生温场分布图像，并辐射至投影镜头；

所述投影镜头用于接收帕尔贴阵列的光辐射并投影。

所述视频矩阵模拟信号携带每个帕尔贴像元的地址信息和欲加至每个帕尔贴像元的电压信息。

所述数字驱动信号的频率与控制计算机输出的视频矩阵模拟信号的频率相同。

所述FPGA门阵列模块通过寻址的方式对微型帕尔贴阵列进行逐行扫描，实现对微型帕尔贴阵列的单个帕尔贴像元分别单独进行控制，进而实现微型帕尔贴阵列中单个帕尔贴像元的升温、降温或既不升温也不降温。

驱动电路向微型帕尔贴阵列发送的数字驱动信号为电压信号，当加在帕尔贴像元上的电压为正向电压时，帕尔贴像元升温；当加在帕尔贴像元上的电压为负向电压时，帕尔贴像元降温；当加在帕尔贴像元上的电压为0时，帕尔贴像元既不升温也不降温。

所述帕尔贴像元表面覆盖着高发射率涂层。

所述微型帕尔贴阵列中，每个像元包括N型半导体和P型半导体，所述每个像元中的N型半导体和P型半导体电连接，任一像元的P型半导体与其相邻像元的N型半导体之间电连接。

所述投影镜头包括两个凸透镜，一个凹透镜，从靠近微型帕尔贴阵列的一侧开始依次为凸透镜、凹透镜、凸透镜。

本发明有益效果如下：

本发明提出的基于微型帕尔贴阵列的红外动态场景模拟器，可实现低温高分辨率红外动态场景的模拟，有效提高低温红外动态场景模拟精度，满足不同导引头的测试需求。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为基于帕尔贴阵列的红外动态场景模拟器结构示意图；

图2为单个帕尔贴像元示意图；

图3、图4为微型帕尔贴阵列示意图；

图5为投影镜头示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明实施例提供了一种基于微型帕尔贴阵列的红外动态场景模拟器，如图1所示，包括控制计算机、驱动电路、微型帕尔贴阵列和投影镜头；

所述控制计算机通过VGA接口与驱动电路连接，所述驱动电路通过寻址线与帕尔贴阵列相连接，所述帕尔贴阵列放置于投影镜头的焦平面上。

所述控制计算机可输出800×600的帧频≥80Hz的视频流，用于产生视频矩阵模拟信号，并发送给驱动电路；

具体地，所述视频矩阵模拟信号携带了每个帕尔贴像元的地址信息和欲加至每个帕尔贴像元的电压信息。

所述驱动电路包括模数转换模块和FPGA门阵列模块，用于接收控制计算机发送的视频矩阵模拟信号并对其中的地址信息和电压信息进行解析，进行模数转换，然后向微型帕尔贴阵列发送数字驱动信号，数字驱动信号的频率与控制计算机输出的视频矩阵模拟信号的频率相同；

具体地，驱动电路向微型帕尔贴阵列发送数字驱动信号，驱动电路中的FPGA门阵列通过寻址的方式对微型帕尔贴阵列进行逐行扫描，实现对微型帕尔贴阵列的单个帕尔贴像元分别单独进行控制，进而实现微型帕尔贴阵列中单个帕尔贴像元的升温、降温或既不升温也不降温；

具体地，驱动电路中的FPGA门阵列模块对微型帕尔贴阵列进行扫描时，从第1行第1列开始，扫描完一行转移至下一行第1列，继续扫描，本实施例中每个扫描周期为12.5ms，对应帧频为80Hz。

驱动电路向微型帕尔贴阵列发送的数字驱动信号为电压信号，当加在帕尔贴像元上的电压为正向电压时，帕尔贴像元升温；当加在帕尔贴像元上的电压为负向电压时，帕尔贴像元降温；当加在帕尔贴像元上的电压为0时，帕尔贴像元既不升温也不降温；升温像元与降温像元会产生大于10K的温差。

所述微型帕尔贴阵列的每个帕尔贴像元由驱动电路加以驱动电压，使得微型帕尔贴阵列产生特定的温场分布图像，并辐射至投影镜头；

如图2所示，单个帕尔贴像元的尺寸为30μm×30μm，由N型半导体和P型半导体组成，N型半导体和P型半导体之间通过铜、铝或其它金属导体连接，当P型接正电、N型接负电时PN结中间部分吸热并温度降低；优选地，帕尔贴像元表面覆盖着约3μm的高发射率涂层，可强化辐射传热性能，有效地将帕尔贴温度变化转换为辐射温度变化；

具体地，本实施例采用等离子喷涂粉末沉积的方法，制备La0.8Ca0.2CrO3和La0.9Ca0.1Cr0.9Mg0.1O3高发射率涂层，其全波段发射率可分别达到0.88和0.89；另外采用有机物脱水等其它方法制备的发射率大于0.8的高发射率涂层均在本发明的保护范围之内。

如图3、图4所示，所述微型帕尔贴阵列的分辨率为800×600，共有800×600个帕尔贴像元，微型帕尔贴阵列中的任一像元的P型半导体与其相邻像元的N型半导体之间均通过铜、铝或其它金属导体连接。

所述投影镜头用于接收帕尔贴阵列的光辐射，产生无穷远处的无渐晕的红外动态场景；

其中，如图5所示，投影镜头的透镜1是凸透镜，焦距范围为300m～1000mm；透镜2为凹透镜，焦距范围为-30mm～200mm；透镜3为凸透镜，焦距范围为20mm～300mm，透镜1与透镜2之间间隔为70mm，透镜2与透镜3之间间隔为27.35mm。

控制计算机输出视频矩阵模拟信号给驱动电路，驱动电路驱动帕尔贴阵列目标像元通电后，其辐射面温度升高或降低，产生特定的温场分布图像，其辐射的光信号在经过投影镜头后产生无穷远处的无渐晕的红外动态场景；

基于微型帕尔贴阵列的红外动态场景模拟器发出高帧频的红外动态场景，使用导引头观测红外动态场景模拟器发出的图像，可以实现对导引头的测试。

综上所述，本发明实施例提供了一种基于微型帕尔贴阵列的红外动态场景模拟器，可实现温差为10K、分辨率为800×600的红外动态场景模拟，由于模拟器分辨率较高，可以有效提高低温红外动态场景模拟图像精度，满足不同导引头的测试需求。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于微型帕尔贴阵列的红外动态场景模拟器，其特征在于，包括控制计算机、驱动电路、微型帕尔贴阵列和投影镜头；

所述控制计算机与驱动电路连接，所述驱动电路与帕尔贴阵列相连接，所述帕尔贴阵列放置于投影镜头的焦平面上；

所述控制计算机用于产生视频矩阵模拟信号，并发送给驱动电路；所述视频矩阵模拟信号携带每个帕尔贴像元的地址信息和欲加至每个帕尔贴像元的电压信息；

所述驱动电路包括模数转换模块和FPGA门阵列模块，用于接收控制计算机发送的视频矩阵模拟信号并对其进行解析，然后进行模数转换，向微型帕尔贴阵列发送数字驱动信号；所述数字驱动信号的频率与控制计算机输出的视频矩阵模拟信号的频率相同；所述FPGA门阵列模块通过寻址的方式对微型帕尔贴阵列进行逐行扫描，实现对微型帕尔贴阵列的单个帕尔贴像元分别单独进行控制，进而实现微型帕尔贴阵列中单个帕尔贴像元的升温、降温或既不升温也不降温；

所述微型帕尔贴阵列中，每个像元包括N型半导体和P型半导体，所述每个像元中的N型半导体和P型半导体电连接，任一像元的P型半导体与其相邻像元的N型半导体之间电连接；所述帕尔贴像元表面覆盖着高发射率涂层；

所述微型帕尔贴阵列的每个帕尔贴像元由驱动电路加以驱动电压，使得微型帕尔贴阵列产生温场分布图像，并辐射至投影镜头；所述投影镜头用于接收帕尔贴阵列的光辐射并投影。

2.根据权利要求1所述的红外动态场景模拟器，其特征在于，驱动电路向微型帕尔贴阵列发送的数字驱动信号为电压信号，当加在帕尔贴像元上的电压为正向电压时，帕尔贴像元升温；当加在帕尔贴像元上的电压为负向电压时，帕尔贴像元降温；当加在帕尔贴像元上的电压为0时，帕尔贴像元既不升温也不降温。

3.根据权利要求1所述的红外动态场景模拟器，其特征在于，所述投影镜头包括两个凸透镜，一个凹透镜，从靠近微型帕尔贴阵列的一侧开始依次为凸透镜、凹透镜、凸透镜。