256×256元MOS 微電阻陣列動(dòng)態(tài)場景生成裝置

趙松慶， 吳根水， 劉曉寧， 李　睿， 陳海燕

(1.中國空空導(dǎo)彈研究院， 河南 洛陽 471009; 2.航空制導(dǎo)武器航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河南 洛陽 471009)

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256×256元MOS 微電阻陣列動(dòng)態(tài)場景生成裝置

趙松慶1， 2， 吳根水1， 2， 劉曉寧1， 2， 李睿1， 2， 陳海燕1， 2

(1.中國空空導(dǎo)彈研究院， 河南 洛陽 471009; 2.航空制導(dǎo)武器航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河南 洛陽 471009)

摘要：基于MOS電阻陣列的動(dòng)態(tài)場景生成裝置所生成的紅外動(dòng)態(tài)圖像具有幀頻高和動(dòng)態(tài)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。 且裝置體積小、 質(zhì)量輕、 抗振抗沖擊能力強(qiáng)， 是紅外制導(dǎo)半實(shí)物仿真系統(tǒng)目標(biāo)/干擾環(huán)境模擬器的優(yōu)選之一。 本文介紹了256×256元MOS 微電阻陣列動(dòng)態(tài)場生成裝置的系統(tǒng)組成、 工作原理、 設(shè)計(jì)方法和達(dá)到的技術(shù)狀態(tài)， 可以為制導(dǎo)武器半實(shí)物仿真紅外成像目標(biāo)模擬器的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：256×256元; MOS電阻陣列; 場景生成裝置

0引言

成像制導(dǎo)技術(shù)具有制導(dǎo)精度高、 隱蔽性好、 抗干擾能力強(qiáng)、 作用距離大、 “打了不用管”和可選擇攻擊目標(biāo)的要害部位等突出特點(diǎn)， 近年來發(fā)展十分迅速。 紅外成像制導(dǎo)武器系統(tǒng)研制， 迫切需要對紅外目標(biāo)環(huán)境特性仿真領(lǐng)域的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入地研究與突破， 在此基礎(chǔ)上研制相應(yīng)的半實(shí)物成像制導(dǎo)仿真系統(tǒng)， 以便有效地對成像制導(dǎo)武器系統(tǒng)的性能進(jìn)行全面測試與評定。

美國的陸軍航空和導(dǎo)彈司令部(AMCOM)高級(jí)仿真中心(ASC)、 陸軍航空和導(dǎo)彈研發(fā)工程中心(AMRDEC)等都建有紅外成像半實(shí)物仿真系統(tǒng)， 目標(biāo)環(huán)境模擬系統(tǒng)的核心部件是能夠產(chǎn)生高逼真度虛擬動(dòng)態(tài)紅外圖像的大規(guī)模動(dòng)態(tài)紅外景象產(chǎn)生器件(DIRSP)， 所擁有的成像仿真系統(tǒng)都大量采用了大規(guī)模微型電阻陣列器件作為其核心元部件。

微型電阻陣列器件是一種大功率紅外輻射器件， 由具有紅外輻射功能的大規(guī)模像素單元陣列構(gòu)成， 這種輻射像素利用先進(jìn)的MEMS制造技術(shù)加工而成， 具有空間分辨率和溫度分辨率高的優(yōu)點(diǎn)， 可以產(chǎn)生高逼真度的動(dòng)態(tài)紅外圖像。 目前美國軍方所使用的微型電阻陣列規(guī)模已達(dá)到1024×1024， 1536×768， 中波表觀溫度模擬范圍150～750 K， 長波表觀溫度模擬范圍150～600 K， 溫度分辨率0.02 K， 幀頻200～400 Hz。 在微電子技術(shù)和微納加工技術(shù)高速發(fā)展的背景下， 這種器件還將繼續(xù)保持其紅外成像半實(shí)物仿真領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者地位。

基于MOS電阻陣列的成像目標(biāo)模擬器的研制， 西方國家特別是美國， 一直在發(fā)展, 并已經(jīng)在仿真實(shí)驗(yàn)室中使用。 在美國Naval Air Warfare Center， 已經(jīng)建立了紅外成像仿真實(shí)驗(yàn)室， 采用五軸轉(zhuǎn)臺(tái)和基于MOS電阻陣列的景像模擬器如圖1所示。 美國格魯門(GRUMMAN)公司的制導(dǎo)半實(shí)物仿真系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖1　美國Naval Air Warfare Center研制的景像模擬器在仿真試驗(yàn)室的應(yīng)用

圖2　美國格魯門公司的制導(dǎo)半實(shí)物仿真系統(tǒng)框圖

國內(nèi)在紅外制導(dǎo)半實(shí)物仿真領(lǐng)域也有所發(fā)展， 紅外動(dòng)態(tài)場景模擬技術(shù)先后發(fā)展了紅外CRT、 MOS微電阻陣列、 紅外液晶光閥、 DMD微鏡陣列和光纖面陣等多項(xiàng)技術(shù)。 本文較詳細(xì)地?cái)⑹隽?56×256元MOS微電阻陣列動(dòng)態(tài)場景模擬器的系統(tǒng)組成、 工作原理、 設(shè)計(jì)方法以及達(dá)到的技術(shù)狀態(tài)。

1MOS微電阻陣列動(dòng)態(tài)場景生成裝置的組成及系統(tǒng)工作原理

MOS微電阻陣列動(dòng)態(tài)場景生成裝置是由圖像生成計(jì)算機(jī)、 通訊系統(tǒng)、 控制驅(qū)動(dòng)器、 MOS微電阻陣列圖像轉(zhuǎn)換器和紅外光學(xué)匹配投射系統(tǒng)組成， 其系統(tǒng)組成框圖如圖3所示。

圖3　場景生成裝置系統(tǒng)方框圖

圖像生成計(jì)算機(jī)接收由仿真計(jì)算機(jī)計(jì)算的目標(biāo)與導(dǎo)彈的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)、 大氣等參數(shù)， 依據(jù)目標(biāo)環(huán)境特性參數(shù)， 計(jì)算出紅外目標(biāo)環(huán)境的圖像數(shù)據(jù)。 圖像邏輯控制及驅(qū)動(dòng)器接收圖像生成計(jì)算機(jī)給出的紅外目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)， 通過控制器的格式轉(zhuǎn)換， 將數(shù)據(jù)送往驅(qū)動(dòng)器。 與此同時(shí)， 控制器還要給驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生MOS電阻陣所需要的行、 列掃描信號(hào)， 由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)MOS電阻陣產(chǎn)生256×256元像素的紅外熱圖。 最后， 由MOS 電阻陣列紅外圖像轉(zhuǎn)換器生成的紅外目標(biāo)環(huán)境動(dòng)態(tài)熱圖， 經(jīng)紅外光學(xué)匹配投射系統(tǒng)傳輸給紅外圖像制導(dǎo)武器系統(tǒng)， 經(jīng)其光學(xué)接收系統(tǒng)成像于武器系統(tǒng)角平面上。

2圖像邏輯控制及驅(qū)動(dòng)器

圖像邏輯控制及驅(qū)動(dòng)器的主要功能是接收圖像生成計(jì)算機(jī)生成的圖像數(shù)據(jù)， 然后通過嵌入式控制器將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為與MOS電阻陣匹配的數(shù)據(jù)格式， 并產(chǎn)生MOS電阻陣需要的列掃描信號(hào)， 最后, 將列掃描信號(hào)和轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù)送給驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)MOS電阻陣工作。 其組成原理框圖見圖4。

2.1　邏輯控制

邏輯控制包含了嵌入式控制器、 數(shù)據(jù)緩沖器、 同步控制電路、 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換電路和列掃描生成電路幾部分。 嵌入式控制器將接收到的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)緩沖器中， 同時(shí)通過同步控制電路與其他邏輯控制電路保持同步。 數(shù)據(jù)緩沖器主要是對圖像數(shù)據(jù)起緩沖作用。 為了保證實(shí)時(shí)性， 數(shù)據(jù)緩沖器采用乒乓方式， 即數(shù)據(jù)緩沖器有兩個(gè)區(qū)， 當(dāng)嵌入式控制器向A區(qū)寫數(shù)據(jù)同時(shí)， 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換電路從B區(qū)取走數(shù)據(jù)用于顯示； 而當(dāng)嵌入式控制器向B區(qū)寫數(shù)據(jù)同時(shí)， 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換電路從A區(qū)取走數(shù)據(jù)用于顯示。

圖4　圖像邏輯控制及驅(qū)動(dòng)器組成原理框圖

同步控制電路主要用于各邏輯控制電路之間的同步。 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換電路用于圖像數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換。 由于圖像生成計(jì)算機(jī)生成的原始圖像數(shù)據(jù)格式不能滿足直接驅(qū)動(dòng)MOS電阻陣的要求， 而在計(jì)算機(jī)內(nèi)通過軟件將原始圖像數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動(dòng)MOS電阻陣的數(shù)據(jù)格式極為耗時(shí)， 這破壞了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。 因此， 必須通過硬件邏輯電路方式來完成。

行、列掃描信號(hào)生成電路主要產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)MOS電阻陣所需的256路行掃描信號(hào)和列掃描信號(hào)。 在設(shè)計(jì)邏輯控制電路時(shí)， 由于邏輯關(guān)系復(fù)雜， 如果使用中小規(guī)模邏輯電路來實(shí)現(xiàn)其功能， 必然會(huì)使電路尺寸過于龐大， 不便于安裝、 調(diào)試。 本方案中利用了大規(guī)?？删幊屉娐?FPGA/CPLD)來實(shí)現(xiàn)其主要的邏輯功能， 這樣可以減小電路尺寸， 控制設(shè)備的體積。

2.2　驅(qū)動(dòng)控制

驅(qū)動(dòng)控制電路主要將經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換的圖像數(shù)據(jù)送給D/A電路， 并配合列掃描驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)MOS電阻陣。 256路的D/A轉(zhuǎn)換電路和列掃描驅(qū)動(dòng)電路是驅(qū)動(dòng)電路的核心。 由于MOS電阻陣行的驅(qū)動(dòng)信號(hào)電壓隨不同器件而不同， 因此D/A轉(zhuǎn)換器輸出的電壓可程控調(diào)節(jié)。 通過兩種方法可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)： 一是程控調(diào)節(jié)D/A轉(zhuǎn)換器輸出放大器增益； 二是程控調(diào)節(jié)參考電壓源。

3圖像生成軟件系統(tǒng)構(gòu)成

圖像生成軟件系統(tǒng)構(gòu)成模塊如圖5所示。 該軟件系統(tǒng)流程框圖如圖6所示， 其具體流程如下：

圖5　圖像實(shí)時(shí)生成軟件系統(tǒng)構(gòu)成模塊

圖6　圖像生成軟件系統(tǒng)流程圖

(1) 自檢與初始化用于完成軟件系統(tǒng)的自檢和初始化， 以及基本參數(shù)設(shè)置；

(2) 數(shù)據(jù)庫建立和編輯主要對目標(biāo)庫(各種機(jī)型3DS模型)、 環(huán)境庫(含一切非目標(biāo)模型)、 運(yùn)動(dòng)學(xué)算法庫(目標(biāo)動(dòng)態(tài)變換庫)、 電阻陣修正數(shù)據(jù)庫(包含修正算法)的管理、 建立、 添加與刪除；

(3) 目標(biāo)紅外圖像生成是根據(jù)目標(biāo)模型和各種參數(shù)條件， 經(jīng)過一定運(yùn)算， 生成目標(biāo)圖像；

(4) 環(huán)境圖像生成用于模擬實(shí)戰(zhàn)中除要攻擊的目標(biāo)以外的各種環(huán)境條件， 如山川、 云層、 太陽角、 干擾彈、 建筑物、 非目標(biāo)飛機(jī)等， 通過攝影采集和處理， 生成多種環(huán)境條件， 建立環(huán)境數(shù)據(jù)庫；

(5) 目標(biāo)與環(huán)境圖像合成是按照一定條件產(chǎn)生紅外場景圖形數(shù)據(jù)文件， 供實(shí)時(shí)輸出調(diào)用；

(6) 動(dòng)態(tài)圖像輸出和顯示仿真可視化顯示， 并將圖形數(shù)據(jù)輸出到驅(qū)動(dòng)控制器， 產(chǎn)生紅外熱圖像；

(7) 修正數(shù)據(jù)獲取和處理是通過紅外熱像儀測試MOS電阻陣的電熱性能， 獲取電阻陣單元的Vs-T曲線， 經(jīng)過處理， 建立修正數(shù)據(jù)文件(庫文件)；

(8) 修正數(shù)據(jù)算法和輸出根據(jù)仿真設(shè)定的亮度、 對比度和導(dǎo)彈與目標(biāo)間距(大氣條件)， 選用修正數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文件， 計(jì)算出當(dāng)前修正數(shù)據(jù)文件， 并送往驅(qū)動(dòng)器控制器， 以便實(shí)時(shí)修正調(diào)用。

4MOS 微電阻陣列圖像轉(zhuǎn)換器

256×256元MOS微電阻陣列圖像轉(zhuǎn)換器， 由256×256元MOS微電阻陣列芯片、 真空環(huán)境箱系統(tǒng)和襯底冷卻系統(tǒng)組成， 用于完成數(shù)字圖像向紅外圖像的轉(zhuǎn)換。

256×256元MOS微電阻陣列芯片是圖像轉(zhuǎn)換器的核心， 由2個(gè)128位移位寄存器、 16個(gè)16位多路傳輸器和256×256個(gè)電阻陣列基本單元組成， 接收驅(qū)動(dòng)控制器的控制產(chǎn)生紅外圖像。

4.1　電阻陣列基本單元

基本電路單元如圖7所示。 每個(gè)單元除了微型電阻R外， 還包括兩個(gè)MOS晶體管T1， T2。 傳輸門T1用作輸送模擬控制信號(hào)Vs； 驅(qū)動(dòng)管T2與R構(gòu)成源極跟隨器結(jié)構(gòu)， 給微型電阻提供足夠的加熱電流。 當(dāng)T1被選通打開時(shí)， 信號(hào)Vs經(jīng)T1傳輸?shù)絋2柵上， T2以相應(yīng)電流給電阻R加熱。 當(dāng)T1關(guān)閉時(shí)， 存貯在電容C上的電荷經(jīng)T2的漏電阻緩慢放電， 在放電時(shí)間之內(nèi)， T2可維持給電阻加熱。

圖7　電阻陣列基本單元

4.2　陣列總體結(jié)構(gòu)

256×256電阻陣列器件被分為左右兩個(gè)完全相同的獨(dú)立子模塊分別進(jìn)行控制和驅(qū)動(dòng)， 每個(gè)子模塊的陣列規(guī)模為256×128元， 子模塊外圍各自集成了1個(gè)提供橫向掃描選通時(shí)序的128位移位寄存器和16個(gè)由16位移位寄存器和16個(gè)傳輸門構(gòu)成的16位多路傳輸器以提供縱向掃描選通時(shí)序及串行模擬控制信號(hào)， 這樣的分組設(shè)計(jì)可減少芯片的外部引腳數(shù)量， 提高器件的實(shí)用化程度。 器件的總體電原理圖如圖8所示。 首先由橫向128位移位寄存器選通某列的所有單元， 然后在該列被選通期間， 16個(gè)縱向16位多路傳輸器同時(shí)由各傳輸器所控制的16行單元中的第一行開始掃描， 掃描到某單元時(shí)， 相應(yīng)的串行模擬驅(qū)動(dòng)電壓Vs(n)就通過多路傳輸器注入到該單元的保持電容上， 直到各組全部16個(gè)單元都被驅(qū)動(dòng)過之后， 橫向移位寄存器轉(zhuǎn)而驅(qū)動(dòng)下一列單元， 再開始新一輪驅(qū)動(dòng)， 如此循環(huán)往復(fù)， 前面驅(qū)動(dòng)過的單元將依靠單元中的保持電容繼續(xù)維持驅(qū)動(dòng)電壓， 直到下一幀來臨時(shí)， 驅(qū)動(dòng)信號(hào)才能得以刷新。

圖8　256×256元MOS電阻陣列總體電路原理圖

4.3　MOS電阻陣列芯片結(jié)構(gòu)

微輻射體為多層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)， 內(nèi)嵌多晶硅加熱體， 復(fù)合薄膜形成后， 采用特殊工藝將薄膜下面的硅襯底挖空， 使薄膜成為架空的橋體結(jié)構(gòu)。 這樣的結(jié)構(gòu)具有一定的隔熱性能， 同時(shí)也保持了有效的熱傳導(dǎo)途徑， 在一定的熱功率輸入下， 可以比較快速地達(dá)到很高的表面溫度。 根據(jù)最初的試驗(yàn)結(jié)果， 微輻射體設(shè)計(jì)為兩條腿支撐結(jié)構(gòu)如圖9所示， 微輻射體橋面為長方形，整個(gè)微輻射體(含橋腿)在一個(gè)像素中的占空比約為15.76%。256×256電阻陣列芯片實(shí)物圖見10， 電鏡拍攝的256×256電阻陣列芯片實(shí)物局部顯微照片見圖11。

圖9　微輻射體結(jié)構(gòu)

圖10　MOS電阻陣列實(shí)物圖片

圖11　電鏡拍攝的MOS陣列實(shí)物局部顯微圖片

5光學(xué)匹配投射系統(tǒng)

光學(xué)匹配透射系統(tǒng)的作用是將MOS電阻陣列產(chǎn)生的紅外熱圖像透射到無窮遠(yuǎn)， 供導(dǎo)彈武器系統(tǒng)接收， 模擬外場效應(yīng)； 根據(jù)導(dǎo)彈光學(xué)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)視場匹配、 瞳孔匹配和傳遞函數(shù)匹配， 保證武器系統(tǒng)有效視場內(nèi)成像清晰， 系統(tǒng)光能充分利用， 圖像的分辨率和對比度滿足武器系統(tǒng)需求。

視場匹配是指成像模擬器的視場要比武器系統(tǒng)的瞬時(shí)視場大約2倍， 因?yàn)槟M器具有紅外誘餌干擾設(shè)施， 要考慮武器系統(tǒng)跟誘餌干擾走， 目標(biāo)逃逸出武器系統(tǒng)的瞬間視場的試驗(yàn)狀態(tài)。 視場太大了， 對試驗(yàn)沒有必要性， 同時(shí)對光學(xué)系統(tǒng)提出了更高的要求， 提高了設(shè)計(jì)難度和加工成本， 也降低了光學(xué)系統(tǒng)的光能利用率。

瞳孔匹配是指模擬器的出瞳就是武器接受系統(tǒng)的入瞳， 這樣做是為了保證系統(tǒng)的成像質(zhì)量。 模擬器的出瞳偏小， 武器接收系統(tǒng)像面會(huì)出現(xiàn)亮暗不勻， 且容易進(jìn)入散雜光； 出瞳偏大， 同樣會(huì)增加光學(xué)匹配系統(tǒng)的制造難度， 增高制造成本造成不必要的浪費(fèi)。 工程上， 考慮兩個(gè)系統(tǒng)的對中性會(huì)出現(xiàn)偏差， 往往會(huì)將模擬器的出瞳作適當(dāng)放大。

傳遞函數(shù)匹配是指光學(xué)匹配系統(tǒng)要滿足圖像的生成、 傳遞、 接收與處理整個(gè)系統(tǒng)的需求。 模擬器系統(tǒng)包括目標(biāo)場景生成系統(tǒng)和光學(xué)投射系統(tǒng)兩部分。 由目標(biāo)場景投射系統(tǒng)出射的無限遠(yuǎn)目標(biāo)場景通過制導(dǎo)武器接收系統(tǒng)接收， 并經(jīng)過圖像預(yù)處理和圖像特征提取、 圖像識(shí)別、 跟蹤、 輸出目標(biāo)在導(dǎo)彈坐標(biāo)系中的位置信息。 也就是說： 整個(gè)系統(tǒng)輸入為紅外目標(biāo)/干擾環(huán)境特性數(shù)據(jù)， 包括目標(biāo)輻射特性、 相對距離、 目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化規(guī)律和大氣傳輸特性， 輸出為目標(biāo)在彈體坐標(biāo)系中的位置信息， 中間環(huán)節(jié)即為圖像生成、 傳遞、 接收以及預(yù)處理過程， 整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)關(guān)系如下：

Hs(u,v,ω)=Hsg(u,v,ω)·Hu(u,v,ω)·

Hc(u,v,ω)

(1)

Hsg(u,v,ω)=Hf(u,v,ω)·Hp(u,v,ω)·

[comb(u,θpa)·comb(v,θpb)·comb(ω,tp)

(2)

Hp(u,v)=sinc(u,θpa)·sinc(vθpb)

(3)

Hu(u,v)=Hopt(u,v)·Hd(u,v,ω)·

[comb(u,θua)·comb(v，θub)·comb(ω,tu)]

(4)

式中：Hs為系統(tǒng)傳遞函數(shù)；Hsg為目標(biāo)場景生成裝置傳遞函數(shù)；Hu為圖像接收系統(tǒng)傳遞函數(shù)；Hc為圖像處理(包括預(yù)處理、 特性提取、 圖像識(shí)別、 模式跟蹤等)傳遞函數(shù)；Hf為計(jì)算機(jī)場景生成系統(tǒng)傳遞函數(shù)；Hp為電阻陣列器件傳遞函數(shù)；tp為目標(biāo)景物元輻射幀像周期；tu為探測元采用點(diǎn)像周期；u，v為位置坐標(biāo)頻譜；ω為時(shí)間頻譜； comb(u，θpa)·comb(v，θpb)·comb(ω，tp)為電阻陣面圖像函數(shù)頻譜；Hopt為復(fù)合光學(xué)系統(tǒng)(包括投射系統(tǒng)和武器接收系統(tǒng))傳遞函數(shù)；Hd為探測器探測元的傳遞函數(shù)； comb(u，θua)·comb(v，θub)·comb(ω，tu)為探測器陣面圖像函數(shù)頻譜。

(5)

(6)

(7)

(8)

光學(xué)匹配透射系統(tǒng)傳遞函數(shù)的取值方法： 先用標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源和反射式平行光管對武器接收系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)， 標(biāo)定出武器接收系統(tǒng)所能分辨景物的空間分辨率和調(diào)制對比度； 再用熱像儀、 標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源和反射式平行光管， 對計(jì)算機(jī)生成系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)和圖像轉(zhuǎn)換器組成的圖像生成系統(tǒng)進(jìn)行比對測量， 測出圖像生成器所生成場景的空間分辨率和調(diào)制對比度， 光學(xué)匹配投射系統(tǒng)的空間分辨率， 取MOS電阻陣列像元間距尺寸2倍的倒數(shù)， 調(diào)制對比度， 取對應(yīng)空間分辨率條件下的接收系統(tǒng)圖像對比度與生成系統(tǒng)圖像對比度的比值。

6圖像技術(shù)指標(biāo)和圖像生成效果

MOS電阻陣列像元素動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線如圖12所示， 256×256元MOS微電阻陣列動(dòng)態(tài)場景生成裝置的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示， 某半實(shí)物仿真系統(tǒng)中的電阻陣列動(dòng)態(tài)場景模擬器實(shí)物圖如圖13所示， 熱像儀接收到的256×256元MOS微電阻陣列動(dòng)態(tài)場景生成裝置生成的目標(biāo)紅外熱圖像如圖14所示。

圖12　MOS電阻陣列像元素動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線

表1　256×256元MOS微電阻陣列圖像轉(zhuǎn)換器技術(shù)參數(shù)

圖13　某半實(shí)物仿真系統(tǒng)中的電阻陣列動(dòng)態(tài)場景模擬器

圖14　256×256 MOS電阻陣列紅外動(dòng)態(tài)場景生成裝置產(chǎn)生的紅外目標(biāo)熱像圖片

7結(jié)論

基于MOS電阻陣列的動(dòng)態(tài)場景生成技術(shù)是因紅外制導(dǎo)武器半實(shí)物仿真需求而衍生的， 針對性強(qiáng)， 裝置生成的紅外動(dòng)態(tài)圖像幀頻高、 動(dòng)態(tài)范圍寬， 且裝置體積小、 質(zhì)量輕、 抗振抗沖擊， 因此無論在國內(nèi)還是國外， 很多制導(dǎo)武器半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)室， 紛紛采用基于MOS電阻陣列的動(dòng)態(tài)場景生成裝置作為紅外目標(biāo)/干擾環(huán)境模擬系統(tǒng)的硬件， 迄今為止， 基于256×256元MOS微電阻陣列動(dòng)態(tài)場景生成裝置已經(jīng)在國內(nèi)多個(gè)紅外型號(hào)半實(shí)物仿真試驗(yàn)中發(fā)揮了重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙松慶， 吳根水， 劉曉寧， 等. 紅外圖像轉(zhuǎn)換器傳遞函數(shù)測試方法[J]. 紅外與激光工程， 2012(7)： 1905-1909.

[2] 馬斌， 程正喜， 劉強(qiáng). 國產(chǎn)MOS電阻陣列動(dòng)態(tài)紅外景像產(chǎn)生器的進(jìn)展[C]∥第九屆全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集， 2010.

[3] 黃勇， 吳根水， 趙松慶， 等.256×256元MOS電阻陣列驅(qū)動(dòng)方案研究[J]. 航空兵器， 2013(4)： 39-43.

[4] 趙松慶， 吳永剛. 紅外成像目標(biāo)模擬器光學(xué)投射系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題[C]∥2001年中國系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集, 2001.

[5] 胡浩宇， 董敏周， 孫力， 等. 基于電阻陣列的紅外圖像生成控制系統(tǒng)[J]. 計(jì)算機(jī)測量與控制， 2010(9).

[6] 王軍， 趙松慶. 電阻陣列紅外場景投射器的輻射特性研究[J]. 光學(xué)技術(shù)， 2000(3).

[7] 趙松慶， 吳根水， 劉曉寧， 等.MOS電阻陣列紅外動(dòng)態(tài)場景模擬器輻射特性測試方法[C]∥第三屆紅外成像系統(tǒng)仿真測試與評價(jià)技術(shù)研討會(huì)論文集， 2011.

[8] 吳永剛， 崔彬, 吳根水， 等. 基于MOS電阻陣列的紅外動(dòng)態(tài)圖像生成系統(tǒng)[J].測控技術(shù)， 1996(5).

256×256 Unit Element MOS Minute Resistance Array

Dynamic Scene Producing Device

Zhao Songqing1，2， Wu Genshui1，2， Liu Xiaoning1，2， Li Rui1，2， Chen Haiyan1，2

(1.China Airborne Missile Academy， Luoyang 471009， China； 2. Aviation Key Laboratory of Science and

Technology on Airbone Guided Weapons， Luoyang 471009， China)

Abstract:The infrared dynamic image generated by the dynamic scene generation device based on MOS resistor array has the advantages of high frame rate and wide dynamic range. This device has small size,light weight and strong ability to resist vibration stock.It is one of the optimization of the target/jamming environment simulator in the hardware-in-the-loop simulation system of infrared guidance system. The system composition, operational principle, design technique and technical status of the 256×256 unit element MOS minute resistance array dynamic scene producing device are introdued in this paper. It can provide a reference for the design of the infrared hardware-in-the-loop simulation of the guided weapon.

Key words:256×256 unit element; MOS resistance array; scene producing device

作者簡介：趙松慶(1964-)，男，河南新安人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榧t外制導(dǎo)仿真目標(biāo)特性模擬技術(shù)。

收稿日期：2015-08-13

中圖分類號(hào)：TN214

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5048(2015)06-0040-06