CN107884703B - 一种用于红外探测器视频处理电路噪声测试的输入信号模拟源 - Google Patents

一种用于红外探测器视频处理电路噪声测试的输入信号模拟源 Download PDF

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Abstract

一种用于红外探测器视频处理电路噪声测试的输入信号模拟源。FPGA单元既通过串口与控制计算机连接，又与外部拨码开关连接，所述的拨码开关包括代表噪声幅度选择、输出通道选择、信号幅度选择、信号频率选择、参数输入接口选择的开关，通过拨码开关的不同组合调整输入至FPGA的信号参数，FPGA单元通过“参数输入接口选择”的输入判断是采用拨码开关输入的参数还是采用控制串口输入的参数，根据输入的参数产生信号及噪声，并将二者进行融合；D/A转换单元根据FPGA单元的控制对融合的信号进行D/A转换并进行幅度调理；输出接口控制单元根据FPGA单元的控制，选通输入参数中确定输出通道对应的接口，将调理后的信号转换成响应选通接口要求的信号形式并输出。

Description

一种用于红外探测器视频处理电路噪声测试的输入信号模 拟源
技术领域
本发明属于航天红外光学遥感器电子学技术领域，涉及一种适用于红外光学遥感器研制中视频处理器电路噪声测试时输入信号产生方法。
背景技术
随着航天红外光学遥感器电子学技术的迅速发展，对光学遥感器电子学红外视频处理电路的噪声抑制要求也越来越高，遥感器研制过程中需要对电子学红外视频处理电路的噪声水平进行精确测量。型号研制中，大部分的红外视频处理电路都是在没有真实输入负载的条件下进行检测的，为了检测遥感器红外视频电子学电路的噪声抑制能力提出了一些方法，例如空载输入测试法、地电平输入测试法、固定电平输入测试法等。空载输入测试法是在工程实际中采用较多的方法之一，这种方法在测试时将红外视频电路的信号输入端不连接任何信号或电平，也就是将输入端开路，然后在红外视频电路输出端用测试设备检测输出信号。但是空载时输入端的特性并不确定，给测试带来一定误差；地电平输入测试法是在测试时将红外视频电路的输入端直接接地，然后在红外视频电路输出端用测试设备检测输出信号。但是输入端接地无法模拟红外视频电路输入的波形，更不能模拟实际动态范围内的输入信号，从而不能准确地检测出红外视频处理电路在实际负载情况下的噪声情况；固定电平输入测试法是在测试时在红外视频电路的输入端加载一个固定电平，然后在红外视频电路输出端用测试设备检测。固定电平输入法和地电平输入法一样也无法模拟红外焦平面的输出波形，更不能模拟实际动态范围内的输入信号，因此也不能准确地检测出红外视频处理电路在真实输入信号时的噪声水平。
实际工作过程中，也曾经使用模拟信号发生器来充当信号模拟源。信号发生器可以模拟一定频率和幅度的模拟信号，但是也有几个制约因素。一是产生的信号是标准的正弦或方波等信号，较难模拟红外探测器输出波形状态；二是通常能够实现类似模拟信号输出的任意波形发生器体积较大、重量较重，搬运不方便；三是通常的模拟信号波形发生器都需要使用220V交流电源，在型号产品调试过程中不方便使用；再有就是通常的模拟信号波形发生器产生的信号与视频电路不能很好地同步，给测试带来困难。
综上所述，利用目前现有的视频电路测试信号源都有无法很好模拟红外探测器输出信号的缺点，或者波形幅度不能覆盖全动态，或者波形状态很难贴近实际红外探测器输出波形状态等，这些缺点给红外视频电路测试的准确度和精度带来了影响，不能满足型号研制中对红外视频电路的测试要求。
发明内容
本发明的目的是要解决光学遥感器视频电路噪声测试中没有真实输入源，难以测试视频电路实际噪声等问题，为了解决上述问题，本发明采用具有程控调节信号的波形、幅值、加噪幅度等功能，能够比较准确模拟视频处理电路输入的模拟信号，并适应多种常用接口的视频电路噪声测试输入信号模拟源。
本发明的技术解决方案是：一种用于红外探测器视频处理电路噪声测试的输入信号模拟源，包括电源分配单元、基准稳压源、FPGA单元、D/A转换单元、控制串口单元和输出接口控制单元；
电源分配单元将输入的一路+28V电源转换成信号模拟源各个单元所需的电压，为FPGA单元、控制串口和基准稳压源提供电压输出、基准源；
基准稳压源为D/A转换单元提供电压基准；
FPGA单元与外部拨码开关连接，所述的拨码开关包括代表噪声幅度选择、输出通道选择、信号幅度选择、信号频率选择、参数输入接口选择的开关，通过拨码开关的不同组合调整输入至FPGA的信号参数；FPGA单元通过参数输入接口选择开关的输入判断是采用拨码开关输入的参数还是采用控制串口单元输入的参数，根据输入的参数产生信号及噪声，并将二者进行融合；
D/A转换单元根据FPGA单元的控制对融合的信号进行D/A转换并进行幅度调理；
输出接口控制单元根据FPGA单元的控制，选通输入参数中确定输出通道对应的接口，将调理后的信号转换成响应选通接口要求的信号形式并输出。
进一步的，所述的FPGA单元包括控制模块、噪声模块、信号模块和信号融合模块；
控制模块，根据参数输入接口选择开关的输入信号，判断选择拨码开关输入的参数还是选择控制串口输入的参数，将输入的信号频率和幅度参数发送至信号模块，将噪声的幅度参数发送至噪声模块；
信号模块根据输入的信号频率和幅度参数形成数字周期信号数据，按照设定的频率发送至信号融合模块；
噪声模块根据输入的幅度参数，产生噪声随机序列数据并发送至信号融合模块；
信号融合模块将噪声随机序列数据和数字周期信号数据按顺序进行叠加操作，得到一组包含噪声的信号数据，完成噪声数据与信号数据的融合处理。
进一步的，所述信号的频率及幅度参数必须在实际探测器输出信号的频率范围和幅度范围内选取。
进一步的，所述的输出接口控制单元利用模拟开关将融合后形成的模拟信号分成多路，每路对应不同的输出接口，根据输出通道参数选择确定的参数选择其中某一路输出接口作为输出通道。
进一步的，输入的噪声幅度参数为F mVrms，在[-F，+F]范围内，产生噪声随机序列数据。
进一步的，所述的F为0.4mVrms-0.6mVrms。
进一步的，产生噪声随机序列数据的频率大于10倍的输入信号频率。
进一步的，通过拨码开关提供一系列“0”和“1”状态组合输入至FPGA单元，为FPAG单元生成噪声随机序列数据和数字周期信号数据提供输入参数；同时对采用拨码开关输入的参数还是采用控制串口输入的参数进行二选一的选择。
进一步的，所述的控制串口单元与外部控制计算机实现通信控制，接收控制计算机的控制参数，同时也向控制计算机返回当前状态。
本发明的积极效果：
1、目前在研的光学遥感载荷视频处理电路自身的噪声已经小于0.5mVrms，因此对视频处理电路的噪声抑制能力测试水平提出了更高的要求。因此，采用本发明可较好地模拟焦面电路输出信号，通过精密处理测试出视频电路在不同输入条件下的噪声抑制水平。
2、本发明可以模拟不同频率和幅度的实际焦面输出信号，作为待测视频电路的输入信号，视频处理电路的测试准确性较高。
3、本发明通过控制输入或编程实现输出信号的实时调整或周期性调整，能够模拟被测试电路整个动态内的输出信号，实现全动态测试。
4、本发明随着测试信号调整自动调整噪声幅度，能够较真实模拟红外探测器在不同响应时的输出特性，测试符合型号实际研制的需要。
附图说明
图1为视频电路噪声测试输入信号模拟源示意框图。
图2为本发明流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本发明做详细说明，如图1所示，本发明一种用于红外探测器视频处理电路噪声测试的输入信号模拟源(以下简称信号模拟源)，包括电源分配单元、基准稳压源、FPGA单元、D/A转换单元、控制串口单元和输出接口控制单元；
电源分配单元将输入的一路+28V电源转换成信号模拟源各个单元所需的电压，为FPGA单元、控制串口和基准稳压源提供电压输出和基准源；基准稳压源为D/A转换单元提供电压基准；
本发明能够实现手动输入参数和通过串口输入参数两种方式，手动输入部分通过外置的拨码开关数值的不同组合实现对信号参数的调整；手动输入还包括一个有效数据参数选择的控制输入，FPGA通过这个信号判断使用控制串口(例如RS232)的输入参数还是手动输入接口的参数；
所述的拨码开关包括代表噪声幅度选择、输出通道选择、信号幅度选择、信号频率选择、参数输入接口选择的开关，通过拨码开关的不同组合调整输入至FPGA的信号调整参数。由于输入参数既可以通过控制计算机通过串口调整，也可以通过外部拨码开关进行调整，因此在外部拨码开关中设置“参数输入接口选择”，用来确定选择输入参数通道的选择。
具体的，可以通过对与FPGA单元输入接口连接的一系列“0”和“1”状态组合的设定，为FPAG单元生成噪声和信号提供输入参数；同时也对手动输入参数和RS232输入参数进行二选一的选择，确定FPGA使用哪个接口的输入参数。
FPGA单元包括控制模块、噪声模块、信号模块和信号融合模块；
控制模块，根据参数输入接口选择开关输入信号，判断是采用拨码开关输入的参数还是采用控制串口输入的参数，将输入的信号频率和幅度参数发送至信号模块，将噪声的幅度参数发送至噪声模块；
噪声模块根据输入的噪声幅度参数，产生噪声随机序列数据并发送至信号融合模块；输入的噪声幅度参数F一般可以在0.4mVrms-0.6mVrms范围内选取，当为拨码开关设定该参数时，由于设置拨码开关数量的限制，不能通过拨码开关及其组合代表0.4mVrms-0.6mVrms范围内的全部情况，因此可以通过外部控制计算机输入其他的噪声幅度参数。
当输入的噪声幅度参数F设为0.5mVrms，在[-0.5mVrms，+0.5mVrms]范围内，产生噪声随机序列数据。产生噪声随机序列数据的频率大于10倍的输入信号频率。
信号模块根据输入的信号频率和幅度参数形成数字周期信号数据，按照设定的频率发送至信号融合模块；输入的信号频率和幅度参数根据实际探测器输出信号的频率和幅度范围确定。根据以往工程经验，红外探测器工作频率通常在10MHz以下，因此默认频率设置为2MHz。根据上述同样的原理，可以通过外部控制计算机更加灵活的选择输入的信号和频率参数。
信号融合模块将噪声随机序列数据和数字周期信号数据按顺序进行叠加操作，得到一组包含噪声的信号数据，完成噪声数据与信号数据的融合处理。
D/A转换单元利用高速D/A转换器将信号融合模块产生的融合噪声后的信号进行D/A转换，将数字数据流转换成模拟信号，并将D/A转换器输出的模拟信号进行幅度调整；
输出接口控制单元根据FPGA单元的控制，选通输出通道参数选择确定的对应输出通道，将调理后的信号转换成相应的被选通接口要求的信号形式并输出。同时只能选择其中某一路输出接口作为输出通道。
本例中可以通过标准RS232接口与外部控制计算机连接，利用串口通信软件发送指令和参数，控制信号模拟源正常工作，并根据实际需要接收本发明模拟源反馈的状态，通过反馈的状态提高模拟源工作的可靠性。
信号模拟源可以使用被测试视频处理器的时钟信号，实现两者的匹配。
图2为本发明流程图，本发明流程可以分为选择参数输入通道、调入输入参数、生成序列数据、数据融合、数模转换、信号调理、输出通道选择和信号输出八个步骤。具体实现过程如下：
(1)FPGA判断参数输入接口选择的拨码开关的组合值，确定是选择手动输入接口，还是选择RS232接口来调取输入参数；
(2)FPGA从选定的输入通道调入产生信号和噪声所需要的参数，并进行存储；
(3)FPGA调用随机序列数产生程序，产生噪声随机序列数据；同时调用信号序列数据产生程序，产生信号序列数据；
(4)FPGA通过线性叠加的方法将噪声序列数据和信号序列数据融合成输出信号序列数据；
(5)FPGA控制高速D/A转换器将融合后的序列数据转换成模拟信号；
(6)利用运算放大器对模拟信号进行调理；
(7)根据“参数输入接口选择”确定的方式选择输出接口通道(外部拨码开关或控制计算机串口)；
(8)按照视频处理器的接口要求输出模拟信号。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.一种用于红外探测器视频处理电路噪声测试的输入信号模拟源，其特征在于：包括电源分配单元、基准稳压源、FPGA单元、D/A转换单元、控制串口单元和输出接口控制单元；
电源分配单元将输入的一路+28V电源转换成信号模拟源各个单元所需的电压，为FPGA单元、控制串口和基准稳压源提供电压输出、基准源；
基准稳压源为D/A转换单元提供电压基准；
FPGA单元与外部拨码开关连接，所述的拨码开关包括代表噪声幅度选择、输出通道选择、信号幅度选择、信号频率选择、参数输入接口选择的开关，通过拨码开关的不同组合调整输入至FPGA的信号参数；FPGA单元通过参数输入接口选择开关的输入判断是采用拨码开关输入的参数还是采用控制串口单元输入的参数，根据输入的参数产生信号及噪声，并将二者进行融合；
D/A转换单元根据FPGA单元的控制对融合的信号进行D/A转换并进行幅度调理；
输出接口控制单元根据FPGA单元的控制，选通输入参数中确定输出通道对应的接口，将调理后的信号转换成响应选通接口要求的信号形式并输出；
所述的FPGA单元包括控制模块、噪声模块、信号模块和信号融合模块；
控制模块，根据参数输入接口选择开关的输入信号，判断选择拨码开关输入的参数还是选择控制串口输入的参数，将输入的信号频率和幅度参数发送至信号模块，将噪声的幅度参数发送至噪声模块；
信号模块根据输入的信号频率和幅度参数形成数字周期信号数据，按照设定的频率发送至信号融合模块；
噪声模块根据输入的幅度参数，产生噪声随机序列数据并发送至信号融合模块；
信号融合模块将噪声随机序列数据和数字周期信号数据按顺序进行叠加操作，得到一组包含噪声的信号数据，完成噪声数据与信号数据的融合处理；
其中，输入的噪声幅度参数为F mVrms，在[-F，+F]范围内，产生噪声随机序列数据。
2.根据权利要求1所述的信号模拟源，其特征在于：所述信号的频率及幅度参数必须在实际探测器输出信号的频率范围和幅度范围内选取。
3.根据权利要求1所述的信号模拟源，其特征在于：所述的输出接口控制单元利用模拟开关将融合后形成的模拟信号分成多路，每路对应不同的输出接口，根据输出通道参数选择确定的参数选择其中某一路输出接口作为输出通道。
4.根据权利要求3所述的信号模拟源，其特征在于：所述的F为0.4mVrms-0.6mVrms。
5.根据权利要求1或3所述的信号模拟源，其特征在于：产生噪声随机序列数据的频率大于10倍的输入信号频率。
6.根据权利要求1所述的信号模拟源，其特征在于：通过拨码开关提供一系列“0”和“1”状态组合输入至FPGA单元，为FPAG单元生成噪声随机序列数据和数字周期信号数据提供输入参数；同时对采用拨码开关输入的参数还是采用控制串口输入的参数进行二选一的选择。
7.根据权利要求1所述的信号模拟源，其特征在于：所述的控制串口单元与外部控制计算机实现通信控制，接收控制计算机的控制参数，同时也向控制计算机返回当前状态。
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