紅外成像設(shè)備輸出圖像十字線毛刺或扭曲故障問(wèn)題技術(shù)歸零研究

王 豪，王文亮，高保方，程 明，劉瀚旻

(海軍駐南昌地區(qū)航空軍事代表室，江西南昌 330024)

0 引言

某型直升機(jī)紅外成像設(shè)備電子組件在完成整機(jī)調(diào)試后，轉(zhuǎn)入高低溫試驗(yàn)階段，設(shè)備輸出圖像畫面出現(xiàn)十字線有毛刺或扭曲現(xiàn)象。該型紅外成像設(shè)備輸出圖像上的十字線是由電子組件中預(yù)處理板對(duì)輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行處理后產(chǎn)生的，因此，故障與電子組件中預(yù)處理板上的相關(guān)電路和輸入的視頻信號(hào)有關(guān)。通過(guò)視頻電路分析和高低溫對(duì)比試驗(yàn)，揭示了故障與電路設(shè)計(jì)參數(shù)和濾波處理等多個(gè)環(huán)節(jié)相關(guān)。

1 電路原理分析

該型紅外成像設(shè)備電子組件預(yù)處理板相關(guān)視頻電路的工作流程如下:電視和紅外視頻信號(hào)經(jīng)各自的差分轉(zhuǎn)換電路后，通過(guò)電視/紅外視頻切換電路后分三路輸出，一路進(jìn)入同步分離電路，一路視頻信號(hào)進(jìn)入A/D采樣電路進(jìn)行數(shù)字化，還有一路進(jìn)行疊加圖形顯示。原理框圖如圖1所示。

圖1 預(yù)處理板相關(guān)視頻電路原理框圖

同步分離電路將輸入的電視或紅外信號(hào)放大一倍后進(jìn)行同步分離，然后由鎖相電路對(duì)同步分離出的行同步信號(hào)進(jìn)行鎖相，并產(chǎn)生疊加十字線所需的時(shí)鐘。當(dāng)這個(gè)時(shí)鐘抖動(dòng)或受到干擾不穩(wěn)定時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生輸出圖像上的十字線毛刺現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成十字線扭曲。影響到鎖相輸出時(shí)鐘質(zhì)量的具體因素有兩個(gè):一個(gè)是輸入視頻信號(hào)本身的問(wèn)題;另外一個(gè)是鎖相電路和同步分離電路本身的防干擾和抗干擾問(wèn)題。

對(duì)產(chǎn)生輸入視頻信號(hào)問(wèn)題的原因分析如下:由于十字線毛刺或扭曲問(wèn)題主要出現(xiàn)在低溫電視輸出，通過(guò)測(cè)量電視和紅外輸入的視頻信號(hào)發(fā)現(xiàn)電視視頻的同步頭幅值大，其幅值接近紅外同步頭幅值的一倍，約0.55～0.6V，而紅外信號(hào)的同步頭幅值為0.25V ～0.3V，此值接近標(biāo)準(zhǔn)值0.3V。測(cè)量了幾臺(tái)晝夜偵察裝置，結(jié)果相同。通過(guò)查詢同步分離器件EL4583的器件手冊(cè)，同步分離輸入的視頻信號(hào)幅值為0.5～2V，相應(yīng)的同步頭幅值為 0.15～0.6V，也就是說(shuō)電視輸入的幅值在放大一倍后已超過(guò)了同步分離器件規(guī)定幅值的上限，在高低溫情況下集成電路的內(nèi)部參數(shù)變化會(huì)對(duì)器件輸出的信號(hào)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致鎖相輸出的時(shí)鐘抖動(dòng)，因而產(chǎn)生十字線毛刺或扭曲現(xiàn)象。調(diào)節(jié)視頻信號(hào)的幅值，當(dāng)視頻同步分離處的幅值較低時(shí)，十字線毛刺消失。

另一種可能是鎖相電路和同步分離電路被干擾。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅有部分預(yù)處理板出現(xiàn)十字線毛刺或扭曲現(xiàn)象，初步判斷是相關(guān)電路被干擾導(dǎo)致點(diǎn)像素時(shí)鐘抖動(dòng)而產(chǎn)生的。

2 對(duì)比試驗(yàn)

對(duì)于電視輸入幅值高的問(wèn)題，由于輸入的幅值不能變動(dòng)，同時(shí)為了使解決十字線問(wèn)題的更改不對(duì)板子的其他部分產(chǎn)生影響，在進(jìn)入同步分離電路處將視頻信號(hào)的幅值降為原來(lái)的2/3倍(以下表中稱幅值降2/3)，這樣可使電視和紅外信號(hào)的同步幅值都是在芯片的使用范圍內(nèi)，使同步分離電路工作在正常狀態(tài)。通過(guò)這種更改可以消除電視幅值過(guò)高產(chǎn)生的隱患。對(duì)生產(chǎn)部提供的故障板進(jìn)行相關(guān)更改后做對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明該更改對(duì)電視輸出的十字線毛刺有較明顯的改善，但有些板子還有十字線毛刺，具體試驗(yàn)記錄如表1。

上述試驗(yàn)表明，降低視頻同步分離處視頻信號(hào)的幅值對(duì)十字線毛刺或扭曲有明顯的抑制作用，但個(gè)別板子還有十字線毛刺或扭曲。查閱同步分離芯片EL4583的資料，發(fā)現(xiàn)視頻信號(hào)進(jìn)入同步分離芯片，芯片對(duì)視頻信號(hào)又放大一倍后進(jìn)行一次濾波，這個(gè)濾波的功能是濾除視頻信號(hào)中的色同步副載波。在使用中可以通過(guò)改變電路的使用方法將其屏蔽掉(以下表中稱去濾波處理)。由于系統(tǒng)提供的電視和紅外信號(hào)不含色同步副載波，因此考慮將該濾波電路屏蔽掉后做高低溫試驗(yàn)對(duì)比，具體試驗(yàn)記錄和結(jié)果見(jiàn)表2。

進(jìn)一步試驗(yàn)的結(jié)果表明，該項(xiàng)措施對(duì)部分電路板有效，但同時(shí)也出現(xiàn)原來(lái)正常的板子又重新出現(xiàn)十字線有毛刺或扭曲的現(xiàn)象。

依據(jù)原理分析，仍然產(chǎn)生毛刺或扭曲現(xiàn)象最可能的原因是鎖相點(diǎn)時(shí)鐘被干擾。對(duì)鎖相輸出的點(diǎn)像素時(shí)鐘信號(hào)加旁路濾波電容220P，濾除干擾信號(hào)，對(duì)表2中的七塊預(yù)處理板做高低溫試驗(yàn)，均未再出現(xiàn)十字線有毛刺或扭曲現(xiàn)象。

為了驗(yàn)證EL4583去除色同步濾波處理的有效性，去掉上述七塊預(yù)處理板的去濾波處理措施，只保留幅值降2/3和點(diǎn)像素時(shí)鐘濾波處理，試驗(yàn)結(jié)果是06板子常溫紅外十字線重新出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象，03板子常溫電視十字線重新出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象。

表1 預(yù)處理板同步處理電路視頻信號(hào)副值降2/3前后試驗(yàn)對(duì)比表

表2 預(yù)處理板同步處理電路視頻信號(hào)去濾波處理前后試驗(yàn)對(duì)比表

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)成像設(shè)備圖像十字線毛刺或扭曲問(wèn)題的產(chǎn)生原因進(jìn)行機(jī)理分析，提出了降低同步分離電路輸入視頻的幅度、去掉色同步副載波濾波處理和鎖相產(chǎn)生的點(diǎn)時(shí)鐘信號(hào)加旁路濾波電容等解決措施，經(jīng)過(guò)高低溫環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)故障不再發(fā)生，證明故障定位準(zhǔn)確，措施合理有效。

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