论文部分内容阅读
红外热成像技术的发展对我国军事、民用信号探测领域具有重要的意义，该技术的应用将有助于我国国防安全体系的构建和综合国力的提升。大规模红外焦平面阵列探测器的研制把红外热成像技术带入了高清时代，能够进行更加清晰、精确的红外目标探测，在未来的应用领域具有巨大的发展空间。本课题从国内外红外焦平面的发展趋势出发，立足于课题研究与应用的指标要求，开发了一套基于PCI Express总线的高速红外图像采集系统，解决了由于红外焦平面阵列增大、像素采集精度提升、图像显示帧频加快，造成的图像采集系统数据总线带宽瓶颈问题，系统具有高速、稳定、低噪等优点，能够完成多种阵列型号、最大规模达1920×1080的红外焦平面阵列输出图像的采集、分析、显示。大面阵红外焦平面图像采集系统分为硬件和软件两部分。硬件平台以FPGA为主控制器，采用高速PCB电路设计，能够在保证信号完整性的情况下，对红外图像数据进行高速采集、处理和传输。系统在FPGA硬件逻辑上，设计了PCI Express总线协议功能模块，用于驱动图像数据经PCIE链路，以DMA的模式传输到计算机。软件平台包括总线驱动程序和应用软件，驱动程序完成总线参数设定、系统内存设置、中断响应和数据传输等功能，应用软件能对系统整体参数进行配置，控制数据传输的开始和终止，获取图像数据并进行实时显示。红外图像采集系统完成了大面阵红外焦平面探测器驱动、图像采集、PCIExpress总线传输、数据接收和显示等功能，同时能够对总线传输参数进行测试和红外图像处理。课题设计了一系列测试方案对系统软硬件平台实际效果进行验证。测试数据显示，系统具有低噪、高效的稳定性能，其中电源噪声稳定控制在1.82mV以内，PCIE传输链路眼图清晰、端正，随机抖动噪声为1.414ps RMS。通过高速伪随机码的传输速度测试，系统整体传输速率达到5.6Gbps，平均单个PCIE通道传输速率达700Mbps，满足大面阵红外阵列器件的应用要求。采用美国FLIRPhonton640大面阵红外焦平面阵列对系统进行实际成像验证，结果显示，系统稳定的完成了对图像的采集和显示。完整测试结果表明，系统各项参数均达到了设计指标要求，整体性能优越，具有实际工程应用价值。