红外调制与调制盘原理

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1、第六章红外调制与调制盘主讲：信息科学与工程学院冯传胜Email:fcs@beelink.com本章内容6.1红外调制的一般概念6.1.1对红外辐射进行调制的意义6.1.2调制盘的作用6.1.3关于调制波的一般概念6.1.4调制波的形式及主要特征6.2调制盘的类型及工作原理6.2.1概述6.2.2调幅式调制盘6.2.3调频式调制盘6.2.4脉冲编码式调制盘6.1红外调制的一般概念6.1.1对红外辐射进行调制的意义在电学领域及通信系统中，广泛应用了调制与解调技术。调制的概念：对所需处理的信号或被传输的信息做某种形式上的变换，使之更便于处理或传输。例直流信号放大，直接放大零

2、点漂移严重。可将直流交流交流放大分离出直流信号。解调：从已调制过的信号中恢复原始信号的过程，解调即通常说的“信息检测”。调制红外系统的检测性能与调制波的形式和调制器、解调器的性能密切相关。红外辐射调制的目的：红外辐射调制使原本恒定的辐射通量转换成随时间断续的辐射通量，并使断续的辐射能的某些特征随着目标信息的变化而变化。对辐射能调制的目的，主要是为了使断续的辐射能中包含目标信息，便于信号的放大、处理和检测。包含目标信息的断续的辐射能。包含目标信息的交变电信号。辐射源按其对红外装置的张角大小可划分为两类：点辐射源：(本书讨论)点源象点(<=一个栅格)面辐射源(扩展

3、源)面源象点(多个栅格)调制盘是一种辐射调制器。制作：基板涂层光刻栅格使用时将其置于光学系统的焦平面上目标像点与调制盘相对运动时将目标像点的辐射能进行调制。点辐射源面辐射源透辐射不透辐射调制后的辐射功率是时间的周期性函数，即调制波形。调制波形由象点与调制盘孔径(指一个透辐射栅格或一个不透辐射栅格)之间的比例关系确定。孔径象点信号相应孔径>>象点孔径>象点孔径=象点孔径<象点孔径<<象点6.1.2调制盘的作用最基本的作用：将恒定的辐射通量转换为断续的辐射通量。一、产生目标所在空间位置的信息编码目标位置变化调制后辐射通量(A,F,P)变化。是目标位置的信号编码器。

4、二、用调制盘进行空间滤波以抑制背景干扰探测目标(飞机、轮船、汽车等)总是处在背景(大气、云层、海水、地物等)中，背景也有红外辐射，起到了噪声的作用。利用目标和背景相对于系统张角大小的不同，调制盘可以拟制背景，突出目标，从而将目标从背景中分辨出来。调制盘这种滤去背景干扰的作用叫空间滤波。调制盘空间滤波的原理：点源目标的象点与调制盘孔径尺寸相当，调制盘对该目标象点进行调制，产生一个由调制盘转速和调制盘数目确定的有限载频信号。背景相当于面源，覆盖了多个透辐射和不透辐射的栅格，透过调制盘的能量为某一定值，得到的调制信号为直流或远离载频的其他频率的调制信号(即在载频附近背景感应

5、的信号很小)。通过电路的选频作用，使目标信号的频率通过，而背景(直流或其他频率)被阻止，实现探测目标抑制背景的作用。从原理上看，调制盘的空间滤波作用有限。当背景或某些人为干扰象点与调制盘栅格尺寸相当时，就起不了抑制背景的作用。这时常采用其他方法进一步抑制背景干扰：色谱滤波：带通滤光片(滤掉背景辐射)双色调制盘：将普通调制盘中的透辐射和不透辐射部分用两种不同的带通滤光片(分别对应目标辐射波段和背景辐射波段)代替。三、用调制盘提高红外系统的检测性能红外系统探测目标时总有噪声的干扰。为从干扰中更多地提取有用信息，红外系统必须根据合适的检测准则，确定系统的最佳检测方式及相应的

6、具体系统结构。检测方式确定后，要求有与之相应的信号形式。通过调制盘图案的设计及扫描方式的选择，可以给出满足最佳检测方式所要求的信号形式，从而提高系统的检测性能。*6.1.3关于调制波的一般概念设一高频信号，描述为其中：ac是幅度；ω是角频率；φ是相位；Φ是t时刻信号的相角。载波：如果ac,ω,φ是常数，上式表示未调制波，即载波。此时的ω=ωc为载频。调制波：如果ac或Φ发生变化，则信号a(t)就成了调制波。调制：使载波的某一参量(如幅度、频率、相位等)随时间按一定规律变化的过程，叫做调制。按照调制参量的不同，分为调幅：幅度调制，AM(AmplitudeModulati

7、on)调角：角度调制。调角又分两种调频：FM(FrequencyModulation)调相：PM(PhaseModulation)调制信号：所要传送的信息称为调制信号。调制信号与载波信号相比，通常可看作是慢变化的时间函数，即相对于载波频率ωc而言，调制信号频谱聚于较低的频率区域。调制波具有频谱。调制波可以看作由若干个不同频率的正弦型信号组合而成的信号。调制波的频谱结构与调制信号的性质以及调制的类型有关。混合调制：调制过程中常产生混合调制，如AM-FM或AM-PM。混合调制中有益的调制为工作调制，另一种附加在主要调制上的是寄生调制。寄生调制产生原因：实