基于MEMS红外光源阵列的光电标识技术研究

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本论文针对基于MEMS红外光源阵列的新型光电特征标识技术,重点开展了MEMS红外光源器件热辐射特性、收敛辐射控制技术、阵列化编码调制方法、系统驱动电路设计以及用于光源辐射距离计算的光电标识系统辅助设计软件开发的相关研究,为该技术面向近地面空间无线通信、战场目标敌我识别、复杂环境抢险救灾、工矿业生产安全和红外质谱分析等领域的应用奠定了理论基础与技术路线。本MEMS红外光源器件是一种基于半导体材料的电致变温热辐射器件,经系统性测试分析,其具有35μm中红外波段窄带稳定输出的辐射特性,可实现150Hz变频深度调制,以5.8V电压驱动时光源输出功率约65.7mW,电光转化效率达9.76%;针对光源辐射发散角度过大的问题,设计制造了基于超硬铝合金材料的红外聚光反射镜,使光源准直辐射强度提高了86%,有效收敛控制了辐射功率角度;同时利用Zemax光学软件仿真设计了CaF2材料准直辐射透镜,经理论分析可实现光源辐射光线的全准直出射;开发了基于VB编程的光电标识系统计算机辅助设计软件,采用了基于LOWTRAN内核的红外辐射大气平均透过率算法,实现了基于Simpson算法的红外辐射强度积分计算,提出了快速对比逼近匹配辐射作用距离算法,经该软件计算分析,该光源单元的理论辐射探测距离可达7924m,与理论计算结果拟合度达99.7%;采用可快速数字程控开关的高精度低压差线性可调集成稳压芯片ADP3336对MEMS红外光源单元供电驱动,驱动电压精度达1.8%,驱动效率80.1%,可完全满足光源单元673mW驱动功率的带载能力;将光源以5×5平面点结构阵列化,提出了点阵图形与频率调制相结合的空间-时间二维复合动态编码调制方法,编码信息容量达800Mb,理论无误码状态传输速率达1.25kb/s;采用FPGA控制该光源阵列光电标识系统的点阵编码图形结构与图形动态切换频率,实现红外光电信号的高精度可靠调制控制;采用红外热像仪观瞄动态红外点阵图形,获得了较好的编码信息识别效果。
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