[发明专利]一种红外干涉信号采集系统及数据处理方法

摘要

本发明公开了一种红外干涉信号采集系统及数据处理方法。它是迈克尔逊干涉仪和红外焦平面探测器搭建的傅里叶光谱仪的数据采集和处理系统，通过接口模块和FPGA采集模块相互配合工作，将红外焦平面探测器探测到的信号传入信号校正模块进行信号处理，再经过USB3.0高速传输通道存储到上位机，最后进行数据处理进行系统噪声水平衡量。该基于红外焦平面探测器的干涉图数据数据采集系统能够有效地完成大面阵的中长波焦平面探测器的读出以及采集功能，并通过数据处理方法能够在非真空一般实验室环境下对系统噪声水平进行衡量；采集数据的信噪比以及抗干扰能力高。对未来用于长波焦平面探测器傅里叶光谱仪干涉信号数据获取提供基础。

主权项

1.一种红外干涉信号采集系统，包括接口模块、信号校正模块、FPGA采集模块、电源模块、USB3.0传输模块，其特征在于：所述的接口模块由电平参考源芯片、电阻分压网络和运算放大器搭建的电平调整电路以及电压跟随电路组成；所述的信号校正模块由运算放大器电路和电阻电容组件模块之间的隔离电路，滤波电路以及用于降低噪声的积分电路组成，接收并处理来自接口模块的信号，然后将信号送入FPGA采集模块；所述的FPGA采集模块由FPGA、运算放大器、AD转换芯片、电平转换芯片以及电阻电容搭建而成；所述的电源模块由带LDO功能的电源以及电平转换芯片和电阻电容搭建的电平转换电路组成；所述的USB3.0传输模块由Cypress 3014芯片以及配套器件搭建而成，配套器件包括用于烧写调试以及数据缓存的ROM芯片及JTAG接口，USB3.0‑Type C硬件接口以及电阻电容；所述的电源模块中的数字电源，一部分给USB3.0传输模块和FPGA采集模块中数字电路供电，其中包括FPGA的数字芯片管脚，与动镜系统相耦合的接口数字芯片以及A/D芯片的数字管脚；还有一部分通过接口模块给探测器数字电源供电；电源模块中的模拟电源部分给所有模块中使用的运算放大器，以及FPGA采集模块中的FPGA和A\D芯片中的模拟管脚供电；其中接口模块和FPGA采集模块以及信号校正模块间使用传输线传输信号和数据；FPGA采集模块，信号校正模块以及USB3.0传输模块之间采用PCB板间走线传输信号和数据。电源模块与其他各模块的一级连接采用导线连接，一级电平通过电源转换芯片转换成二级电平后通过板子内走线传输；系统开始工作后，FPGA采集模块首先接收到动镜运动控制盒发出的匀速信号、方向信号以及采样信号，然后通过VHDL编译而成的程序产生满足探测器工作需求的时序信号；这些时序信号通过传输线和接口模块连接，模块间的时序传输都采用了电平转换芯片用于模块之间的信号隔离；信号达到接口模块后再经模块内部PCB板走线直接传输到探测器接口的对应引脚上；探测器接收到正确的时序信号后，会输出模拟信号并通过接口模块中的电路对输出信号进行电平调整，滤波处理，使其达到最佳状态，接着将调节到最佳接收状态的输出信号传出下一级信号校正模块；通过滤波，积分电路以及比较器组成的信号校正电路后，使输入信号满足A\D转换芯片的输入要求；通过PCB板内走线到FPGA采集模块，在FPGA的合理时序控制下，信号经由A\D转换芯片将模拟信号转换成数字信号，再通过PCB走线将数字信号传入USB3.0数据传输模块，将数据实时采集下来。最后通过数据处理方法，进行实验结果分析以及系统性能衡量。