：本發(fā)明涉及一種凝視型紅外光譜儀，具體涉及一種提升凝視型紅外光譜儀工作效率的變增益控制系統(tǒng)及方法，它用于凝視型紅外光譜儀的系統(tǒng)設(shè)計，提升系統(tǒng)的信息獲取效率，特別適合于對探測效率要求較高的場合。

背景技術(shù)：
：凝視型紅外光譜儀是一種重要的信息獲取手段，它利用分光部件(聲光可調(diào)諧濾波器、液晶光閥等)，在某一時間段內(nèi)獲取同一物質(zhì)的連續(xù)光譜信息，從而進行物質(zhì)探測和識別，該技術(shù)適用于環(huán)境監(jiān)測、礦物勘探、地球科學(xué)等領(lǐng)域。由于目標(biāo)在一定光譜范圍內(nèi)的光信號被分成數(shù)百個精細(xì)波段，各個波段的光信號能量相對于寬波段成像系統(tǒng)而已大幅衰減，對于紅外譜段更是如此，為了檢測這種微弱紅外光譜信號達到一定的信噪比，凝視型紅外光譜儀一般采用鎖相放大技術(shù)來進行信息處理，這種處理方式是以犧牲探測時間來獲取足夠高的探測靈敏度的，由于同一物質(zhì)在鄰近的光譜范圍內(nèi)可能存在較大的輻射能量差異(如水汽吸收波段附近)，采用鎖相放大技術(shù)時，鎖相后低通濾波得到的直流電壓信號可能存在較大差異，由于系統(tǒng)光、電器件的時間響應(yīng)特性，這兩個波段的電壓信號轉(zhuǎn)換時其幅度穩(wěn)定需要一定的建立時間，如果這種差異較大，則需要較長的時間完成這種轉(zhuǎn)化。本方法提出在鎖相放大前，針對不同波段的信號進行分波段變增益控制放大，對存在差異的相鄰波段信號在鎖相放大前使用不同的增益進行信號放大，盡量保證兩個連續(xù)信號的幅度一致，這樣濾波后兩個波段的電壓信號幅度接近一致，這樣電壓信號穩(wěn)定的建立時間會大大降低，該方法在不損失靈敏度的前提下可以顯著提升系統(tǒng)的工作效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：基于上述問題的存在，本發(fā)明提出一種提升凝視型紅外光譜儀工作效率的變增益控制系統(tǒng)及方法，這種方法應(yīng)用在鎖相放大處理流程前，可以使相鄰波段能量差異較大的波段信號鎖相和低通濾波后直流電平的幅值接近，改善系統(tǒng)的時間響應(yīng)特性，提升系統(tǒng)的信息獲取效率。一種提升凝視型紅外光譜儀工作效率的變增益控制系統(tǒng)包括輸入微弱光譜信號模塊1，變增益控制放大模塊2，同頻參考信號的整形移相模塊3，相敏檢波處理模塊4，信號的低通濾波與直流放大模塊5，其中：所述的凝視型紅外光譜儀指的是采用類似于聲光可調(diào)諧濾波器、液晶光閥等分光部件設(shè)計的光譜儀系統(tǒng)，它通過時間維特定頻率電驅(qū)動掃描，實現(xiàn)目標(biāo)信號光線透過分光部件后的精細(xì)分光。通常而言，光譜儀的設(shè)計都會按一定順序?qū)μ綔y光譜范圍內(nèi)光線進行分光掃描，如對于探測光譜范圍1.0～3.2μm的紅外光譜儀，設(shè)計光譜分辨率為10nm，那么設(shè)計的電驅(qū)動掃描方式一般會使得透過分光部件的波段λ1、λ2…λ220(共220個波段)的中心波長依次為1005nm、1015nm…、3195nm。所述的增加的變增益控制放大模塊2如圖3所示，所述的變增益控制放大模塊2中有兩個運算放大器，第一運算放大器用來實現(xiàn)變增益控制，第二運算放大器實現(xiàn)濾波處理，4個調(diào)整電阻R11～R44和4個模擬開關(guān)S1D1～S4D4組成的無源電阻網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)光譜信號的變增益控制；經(jīng)過紅外探測器光電轉(zhuǎn)換的電信號Signal在每個波段的光譜信號處理時首先通過所述的4個調(diào)整電阻和4個模擬開關(guān)，針對信號的幅值通過程序控制模擬開關(guān)的通斷狀態(tài)實時調(diào)整各個波段信號的增益參數(shù)，調(diào)整后的信號再經(jīng)過低通濾波處理送后級的相敏處理檢波模塊4；所述的4個調(diào)整電阻和4個模擬開關(guān)實現(xiàn)的變增益級數(shù)為16種，通過增加調(diào)整電阻和模擬開關(guān)的數(shù)量可實現(xiàn)對各個光譜通道信號增益的更進一步精細(xì)調(diào)整。需要說明的是由于模擬開關(guān)導(dǎo)通需要一定的時間，所以這種像元增益控制方法也有一定的速度限制，按照目前的半導(dǎo)體技術(shù)水平，一般的高速開關(guān)導(dǎo)通時間可以小于100ns，相對于現(xiàn)有體制凝視型紅外光譜儀單通道光譜信號的獲取時間(一般在100ms以上)可以忽略其影響。本發(fā)明的優(yōu)點是：1.電路實現(xiàn)形式較為簡單，對于提升凝視型紅外光譜儀的探測效率有顯著效果。2.所提出的方法可應(yīng)用在其它譜段的光譜儀以及成像類光譜儀的系統(tǒng)設(shè)計中。附圖說明：圖1為采用鎖相放大技術(shù)實現(xiàn)的凝視型紅外光譜儀信號處理流程模塊。圖2為改進后的采用鎖相放大技術(shù)實現(xiàn)的凝視型紅外光譜儀信號處理流程模塊；1表示輸入微弱光譜信號模塊，2表示變增益控制放大模塊，3表示同頻參考信號的整形移相模塊，4表示相敏檢波處理模塊，5表示信號的低通濾波與直流放大模塊。圖3為程控變增益控制實施電路示意圖。圖4為鎖相放大前后相鄰波段光譜信號波形及時間響應(yīng)特性示意圖。圖5為改進后鎖相放大前后相鄰波段光譜信號波形及時間響應(yīng)特性示意圖。具體實施方式：下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提出的一種提升凝視型紅外光譜儀工作效率的變增益控制方法做進一步的說明：首先可以通過圖4來解釋凝視型紅外光譜儀采用鎖相放大處理前后兩個相鄰波段的信號波形特征。圖4橫左邊表示時間軸T，縱坐標(biāo)表示電壓幅度V。考慮到凝視型光譜儀各波段信號之間本身能量存在一定差異，然后與探測器光譜響應(yīng)特性、光學(xué)鏡片的響應(yīng)特性等因素綜合，經(jīng)調(diào)制后輸入到鎖相放大前端的信號幅度會有顯著差異，如圖4所示，假設(shè)波段λ1和波段λ2間的信號幅度差異如圖4(上)所示，那么經(jīng)過圖1相敏檢波處理后的信號波形就如圖4(中)所示，最后經(jīng)過圖1低通濾波和直流放大后的信號波形如圖4(下)所示，設(shè)定圖4(下)所示的波段λ1和波段λ2在鎖相處理之后經(jīng)低通濾波的直流信號幅度為Vλ1和Vλ2，由于兩者存在一定的幅度差異。受限于系統(tǒng)響應(yīng)帶寬，直流電壓從Vλ1到Vλ2的穩(wěn)定建立時間為T。為了能夠獲取準(zhǔn)確的波段λ2的信號，在凝視型紅外光譜進行波段時間掃描時在波段λ2時需要維持的調(diào)制時間必須大于T，這成為限制系統(tǒng)提升信息獲取效率的關(guān)鍵因素之一。然后通過圖5解釋采用變增益控制放大方法后相鄰波段間的信號波形特征，同樣圖5中橫左邊表示時間軸T，縱坐標(biāo)表示信號波形的電壓幅度V。假設(shè)圖5中由探測器光電轉(zhuǎn)換送入到鎖相放大器最前端的信號與圖4系統(tǒng)的一致，設(shè)圖4(上)所示的波段λ1和波段λ2的調(diào)制信號幅度為Sλ1和Sλ2，采用如圖3所示的電路方法，對波段λ1設(shè)置增益為Gλ1，對波段λ2設(shè)置增益為Gλ2，通過4個調(diào)整電阻R11～R44和4個模擬開關(guān)S1D1～S4D4的合理設(shè)置使得Sλ1×Gλ1與Sλ2×Gλ2的差值小于0.1倍的Sλ1×Gλ1數(shù)值，通過變增益控制放大后的波形如圖5(上)所示，其波形幅度為Sλ1’和Sλ2’，此時經(jīng)過圖2相敏檢波后的信號波形就如圖5(中)所示，經(jīng)過圖2低通濾波和直流放大后的信號波形就如圖5(下)所示，設(shè)定圖5(下)所示的波段λ1和波段λ2在鎖相處理之后經(jīng)低通濾波的直流信號幅度為Vλ1’和Vλ2’，直流電壓從Vλ1’到Vλ2’的穩(wěn)定建立時間為T’。最后解釋采用變增益放大方法后凝視型紅外光譜儀的探測效率提升結(jié)果。對同一套系統(tǒng)而言，采用圖1和圖2所示的方法分別處理的相鄰波段信號波形如圖4和圖5所示，那么對于兩者的信號穩(wěn)定建立時間有如下關(guān)系：對于信號輸出按時間序列掃描的凝視型光譜儀而言，采用鎖相放大技術(shù)對一個波段進行調(diào)制的維持時間必須大于這個波段信號電壓的穩(wěn)定建立時間，對于系統(tǒng)而言，采用圖1的常規(guī)方法處理時，光譜通道λ1切換到下一個光譜通道λ2的時間間隔必須大于圖4(下)所示的時間T，而對于采用圖2所示的變增益放大處理方法后，光譜通道λ1切換到下一個光譜通道λ2的時間只須大于圖5(下)所示的時間T’，這樣對于系統(tǒng)而言，其進行光譜探測是系統(tǒng)效率的提升倍數(shù)為：需要說明的是，該方法的實施對各個波段信號的靈敏度并無實質(zhì)影響，其主要在于可大大提升系統(tǒng)的光譜探測效率，對探測時間效率要求較高的場合非常適用。