压电矢量传感器的低噪声设计

针对压电矢量传感器的低噪声设计问题,建立了基于压电敏感器件、悬挂结构、前置放大电路及电缆的同振式矢量传感器等效自噪声分析模型;结合敏感器件的低噪声设计、悬挂结构对自噪声的影响以及前置放大电路低噪声匹配等内容提出了一种低噪声设计方法。设计了低噪声矢量传感器样机,研制了自噪声测量平台并对样机进行了测试。结果表明:样机的等效噪声声压谱级达到了55.5 dB/√Hz2@200 Hz,低于同频率Knudsen零级海况下海洋环境噪声;测试结果与设计结果相符,验证了低噪声设计方法的有效性,也为压电矢量传感器的低噪声设计提供了理论依据。      

TDI CCD成像电路系统响应模型的研究

为建立准确的时间延迟积分电荷耦合元件(TDI CCD)成像电路系统的响应模型,根据成像系统的信号处理流程,详细分析了CCD传感器、预放电路与视频处理电路等主要环节对系统响应的影响,并结合理论响应模型,针对实际的处理流程,建立了实际系统的理论响应模型。利用某航天相机TDI CCD成像系统进行了暗电流噪声、视频处理电路噪声等专项测试实验,并在不同的拍照参数与光辐射条件下进行了辐射定标实验,分析了具体的实验图像数据,采用最小二乘法的线性拟合与二次多项式拟合分别得到了系统响应的近似数学模型和高精度数学模型,拟合决定系数R2分别达到了0.992和0.9998。利用该响应模型可以准确计算卫星在轨拍照时地物的辐射特性,并为合理选择相机在轨拍照参数提供依据。成像实验表明,系统响应模型准确,参数设置合理,满足相机在轨拍照的任务要求,提高了相机在轨工作的效率。     

基于天文观测的相机标定及姿态测量技术研究

为利用相机进行天文观测以实现高精度的相机姿态测量,必须先对相机参数进行精确标定。针对传统相机标定方法工作距离有限的问题,提出了以恒星为控制点的相机标定方法,根据球面天文学方法计算观测时刻控制点的世界坐标,利用摄像测量原理建立了恒星观测模型,求解相机的内外参数并分析了误差因素。实验结果表明,该标定方法在不依赖于精密、复杂的外部设备情况下可达到较高精度,并具有较强的抗噪声能力。将标定结果用于天文观测并求解相机姿态,航向角和俯仰角的解算重复性优于10″,能够满足高精度姿态测量的需求。该方法可进一步推广应用于星敏感器的标定。     

量子光学实验中宽带低噪声光电探测器的研制

针对量子光学实验的特殊要求,通过设计优化宽带低噪声放大电路,研制出宽带低噪声光电探测器.我们重点分析了影响光电探测器增益、带宽和噪声的因素,通过选择合适的光电二极管、取样电阻、反馈电阻和输出电容,获得了宽带低噪声光电探测器.该光电探测器的带宽为2～50 MHz,能够用于输入功率达15 mW光场的噪声测量,适用于包括平衡零拍探测、差拍探测等量子光学实验.考虑到在量子光学实验中需要一对平衡的光电探测器,我们制作了一对2 MHz～31 MHz带宽内共模抑制比大于30 dB的平衡光电探测器,并用于1064 nm激光和1550 nm激光的强度噪声测量和散粒噪声基准的校准.     

低温超导线圈失超信号检测

应用低噪声放大与滤波电路,把淹没于低噪声放大器固有噪声中的低温超导临界温度对应的微弱电压信号提取出来并进行放大,然后应用快速高精度的数据采集卡及计算机数据处理技术,为低温超导线圈失超信号检测提供强有力的手段.     

X波段接收机低噪声放大器设计

设计了一种采用Ga As p HEMT管芯的小型化宽带超低噪声放大器,利用ADS微波仿真软件进行原理图设计、优化。其中管芯采用单电源加电,避免了双电源输入端隔直电容对噪声的引入;另外,电路结构采用电阻负反馈拓展了带宽,同时也增加了电路的稳定性,实现较好的输入输出匹配特性。设计的低噪放在7GHz—10GHz频率范围内噪声系数小于0.7d B,增益大于30d B,输入输出回波损耗小于-10d B。低噪声放大器的尺寸仅为23mm×18mm×10mm。     

一种新的多三角形星图识别算法

针对星敏感器星图识别算法只能处理少数目恒星的问题,结合天文观测相机进行星图识别的具体要求,提出了一种适合天文观测相机的多三角形星图识别算法.首先,选用欧洲空间局2000年2月发布的第谷2天文星表作为原始导航星表;其次,采用交叠矩形法分天区后建立导航星数据库;最后,根据天文观测相机拍摄的实际星图建立了观测星数据库;并应用多三角形星图识别算法进行星图识别的验证,实验结果表明：针对天文观测相机多三角形星图识别算法是可行的,也是可靠的.     

3cm接收前端的小型化设计

介绍了3 cm低噪声接收前端的设计方法及为使其小型化应用使用了芯片GaAS MMIC混频器,并使用MWO软件对低噪声放大器电路进行了仿真。仿真数据和实测结果都表明,所设计的放大器具有较低的噪声和带内起伏,接收前端具有较高的镜像抑制度及良好的带外抑制。     

高功率微波对PCB电路系统辐照效应的仿真分析

 以实验室自主研发的2维半导体器件-电路联合仿真程序用于分析高功率微波注入下半导体器件的毁伤机理,以此2维半导体器件-电路联合仿真程序为基础加以扩展,添加了电磁波辐照射下微带线的SPICE电路模型。扩展后的程序可以同时用于分析平面波入射下含半导体器件的PCB电路的高功率微波辐照效应和置于带孔缝屏蔽腔中的PCB电路的高功率微波辐照效应。应用此仿真程序分析了一个含有低噪声放大器的简单PCB电路,得到了该PCB电路在不同形式平面波入射下低噪声放大器的烧毁阈值,在该PCB电路置于屏蔽腔中时,低噪声放大器输入端口出现耦合干扰电压情况。     

基于光纤传感的核信号读出方法中的调制驱动模块设计和实现

基于光相位调制的核信号读出方法将探测器信号调制进光纤中,并使用光纤作为模拟信号的传输介质。在该读出方案中,调制驱动模块负责载波信号的产生及放大,是该方案读出电子学系统的重要组成部分。为了产生低相位噪声,幅度大且幅度可调的载波信号,本工作提出了基于锁相环的载波产生电路和基于MMIC射频放大器的载波放大电路的设计方案,该方案结构简单,尺寸小,性能优异。对载波产生电路使用了ADIsimPLL仿真软件进行了环路滤波器的设计和仿真,同时也对载波放大电路使用ADS仿真软件进行了设计和仿真,并在实验室条件下进行了测试。测试结果表明,输出26 dBm载波信号相位噪声好于–110 dBc/Hz@100 kHz,能够用于信号解调。     

一种新型低噪声大动态范围小型前端电路的研制

设计了一款小型化、低噪声、大动态范围的前端处理电路,包括电荷灵敏前放、成形放大电路、单道脉冲幅度分析电路。前放的等效输入噪声≤1.5 keV,动态范围可达0~11 V,积分非线性 ≤0.11%。该电路为模块化电路,当前放与主放模块构成系统时,其分辨可以达到0.12%。当前放、主放模块与中国科学院近代物理研究所制作的离子注入型硅探测器构成系统时,采用239Pu 源进行测试,测得在5.157 MeV时的能量分辨约为0.82%;当主放、单道脉冲幅度分析模块与中国科学院近代物理研究所制作的碘化铯晶体探测器构成系统时,采用60Co 源进行测试,对于能量为1.332 MeV 的 射线,测得其能量分辨约为7.9%。该电路可用于半导体探测器、光电倍增管及电子倍增器等探测器信号的处理。目前,小型前端电路已经应用于中国科学院近代物理研究所自行研制的便携式盐湖卤水铀、钍、钾快速测量仪的原型样机,达到了预期效果。A small dimension front-end circuit with low noise and wide output dynamic range is introduced in this paper. The front-end circuit is made up of a charge sensitive preamplifier, a shaping circuit and a single channel pulse height analyzer. The equivalent input noise is under 1.5 keV. The output integral nonlinearity is less than 0.11% within the dynamic range of 011 V. And the circuit can be suitable for different conditions by different modules. The resolution was about 0.12% with the charge sensitive preamplifier and the main amplifier. The energy resolution of 0.82% was achieved for 5.157 MeV -rays from a 239Pu source with the charge sensitive preamplifier, the main amplifier and anion-injection silicon detector designed by the Institute of Modern Physics(IMP). An energy resolution of 7.9% was achieved for 1.332 MeV rays from a stationary 60Co source with the main amplifier, the single channel pulse height analyzer and a CsI scintillator detector designed by the IMP. The front-end circuit has the features of wide output dynamic range, simple structure, high level of integration,small dimensions, low noise, fast rise time of the output pulse and excellent stability. The front-end circuit can be applied to signal processing of semiconductor detectors, photomultiplier tubes and electrons multiplier. And the front-end circuit had been applied to a prototype of the portable rapid measuring instrument designed by IMP for measuring Uranium, Thorium and Potassium in the salt lake brine with goodtest result.     

S波段低温低噪声放大器技术研究

介绍了低温低噪声放大器使用的HEMT(高迁移率晶体管)器件噪声模型的建立,对HEMT用S参数和噪声参数讲行仿直,获取适合的模型.给出了实例,放大器在低温10K工作,增益≥30dB,噪声温度≤4K.     

带STC控制系统的RF-IF放大器组件的研制

介绍了带STC控制系统的RF-IF放大器组件的研制工作。该组件包含有多个功能单元,有低噪声放大器、镜像抑制混频器、前置中频放大器、STC控制电路、PIN电调衰减器等。介绍了组件整体和各功能单元的设计思路和设计结果。     

基于STM32植物动态离子流信号检测系统设计

溶液中无机盐离子的定向流动会产生微弱的电压信号,通过检测电压信号可以计算离子的浓度、植物根系吸收离子的速度,进而获取植物的生理信息。对植物动态离子流信号检测系统进行设计,采用STM32F103ZET6作为主控芯片,利用极低偏置电流放大芯片和高共模抑制比差分放大芯片,给出了信号放大、滤波处理和数据采集电路,对系统噪声来源进行分析,提出了降低噪声的方法,并通过STM32进行A/D转换,把转换数据传输到上位机。该设计实现了植物动态离子流信号的检测,得到了离子在溶液中的流速。     

一种采用面阵彩色CCD及视频信号接口的光谱仪

介绍了一种使用面阵彩色ＣＣＤ 摄像机和体全息光栅设计的小型光谱仪。该光谱仪使用普通模拟视频信号输出格式,经过带有视频输入接口的计算机显示卡采集信号并实现图像信号的数字化,利用面阵彩色ＣＣＤ的二维图像特点采用软件去除背景噪声,在达到使用分辨率和精度要求的前提下降低了对ＣＣＤ 器件性能的要求。从而降低了整机的造价。利用特别设计的局部缩放机构和ＣＣＤ采集的色彩信息实现了对全光谱的频段细分,在有效像素数不变的情况下提高了系统的物理分辨率。     

模块化天文CCD通用控制器

为满足大规模拼接CCD天文观测应用系统对控制器的特殊要求,开展可扩展的模块化天文CCD通用控制器技术研究,并成功研制了样机系统.该系统采用相关双采样技术及控制技术等手段获得极低的读出噪声,采用全数字化的结构实现系统的通用性以及实现远程观测、远程监控的功能.测试结果表明,该系统的系统噪声小于3e~-,动态范围为16bit,非线性优于1%,满足现阶段大部分天文观测的需要.作为应用实例,利用本系统制作的真空紫外CCD相机,成功获得了He和氘121.5nm、164、193、205、218.6、273.3和294.5nm谱线的光谱图像,完成了对空间天文观测的102nm~320nm光谱仪的检测工作.     

基于倍频移相的梯度放大器控制技术

提出了一种基于倍频移相的梯度放大器控制技术,该系统利用PLL 形成相位差通过IGBT 全桥拓扑结构以及输出功率电感并联电流输出．通过输出端闭合反馈系统和各个桥臂的均流控制反馈,实现大功率、低纹波、低噪声的电流输出．将该控制方法用于自主研制开发的梯度放大器上进行实验验证,测试得到的电流精度、纹波、噪声均达到指标要求,结果证明该设计方案具有可行性．     

X波段宽带极低噪声低温放大器

介绍了8～9GHz极低噪声低温放大器的研制。在≤15K的工作温度下,实测放大器的主要性能指标如下:等效噪声温度≤7.9K;增益>31dB,带内起伏≤1dB;输入反射损耗<-21dB;输出反射损耗<-23dB。它的研制成功,实现了深空探测、天文观测等X波段宽带低温接收机的核心器件国产化。