如何測(cè)試這些高分辨率傳感器和系統(tǒng)的性能？

當(dāng)進(jìn)行評(píng)估的系既獨(dú)特又復(fù)雜時(shí)，全面的驗(yàn)證和測(cè)試通常需要自行設(shè)計(jì)一些創(chuàng)新。

雖然大部份的測(cè)試與測(cè)量工作都從評(píng)估組件和電路板開始，但也經(jīng)常面對(duì)最終的完整系統(tǒng)帶來多樣化、復(fù)雜且更困難的測(cè)試挑戰(zhàn)。系統(tǒng)測(cè)試通常需要開發(fā)高度專業(yè)化的獨(dú)特配置，而這需要的是客制的電子和機(jī)械組件。(當(dāng)然，幾乎所有與火箭、載人/無人太空旅行、衛(wèi)星等相關(guān)的先進(jìn)系統(tǒng)都屬于這一類。)

廣泛用于檢測(cè)導(dǎo)彈目標(biāo)的紅外線(IR)傳感器就屬于這種情況。但問題是如何測(cè)試這些高分辨率傳感器和系統(tǒng)的性能？答案很“簡(jiǎn)單”：只需要一臺(tái)IR場(chǎng)景投影儀。事實(shí)上，這些投影機(jī)必須創(chuàng)造分辨率夠高的影像，使其具有意義且可編程，以便能動(dòng)態(tài)改變影像。為此，它需要特殊的IR發(fā)光二極管(LED)數(shù)組。

美國(guó)芯片與原型系統(tǒng)架構(gòu)公司Chip Design Systems (CDS)克服了這個(gè)問題。Chip Design Systems是美國(guó)特拉華大學(xué)(University of Delaware)教授Fouad Kiamilev于2013年成立的，主要由該校電子與計(jì)算機(jī)工程系的CVORG實(shí)驗(yàn)室分拆而出。該公司專注于開發(fā)芯片、封裝以及軟硬件解決方案，用于產(chǎn)生熱場(chǎng)景以測(cè)試與校正紅外線探測(cè)器數(shù)組。

Chip Design Systems并與美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室(Air Force Research Laboratory)以及其他大學(xué)合作，設(shè)計(jì)了一種短波紅外線LED投影儀，用于測(cè)試這些新型的傳感器。該投影機(jī)能以前所未有的分辨率產(chǎn)生紅外線場(chǎng)景，其速度是現(xiàn)有技術(shù)的兩倍，亮度也更高得多，而且可以分別對(duì)像素進(jìn)行編程。

該計(jì)劃的關(guān)鍵在于一種采用新方法縮小讀取芯片(RIIC)的紅外線LED數(shù)組。該架構(gòu)透過在相鄰像素之間巧妙地共享晶體管以縮小芯片尺寸，而非采用更復(fù)雜且易于出現(xiàn)缺陷的更精細(xì)CMOS技術(shù)。512×512像素的場(chǎng)景投影系統(tǒng)以100Hz運(yùn)行，并使用中波(3～5μm)超晶格LED數(shù)組。這些LED覆晶接合至讀取芯片，當(dāng)液氮冷卻到77K時(shí)，顯示溫度高達(dá)1,350 K。數(shù)組子系統(tǒng)使用客制驅(qū)動(dòng)電子裝置(圖1)和封裝，并進(jìn)行非均勻校正(或稱為NUCed)。

圖1：512×512像素系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電子組件采用了創(chuàng)新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（來源：University of Delaware）

當(dāng)然，完整的系統(tǒng)測(cè)試中要比這套IR LED數(shù)組更復(fù)雜；除了相當(dāng)數(shù)量的設(shè)備外，還需要更多的人員投入以及承受挫折的意愿。至今大約有30名研究生(包括碩士和博士生)參與這套原型系統(tǒng)的開發(fā)(圖2)，該系統(tǒng)日前已在美國(guó)佛羅里達(dá)州埃爾金斯空軍基地(Elgin Air Force Base)成功完成評(píng)估。

圖2：圖中顯示由Chip Design Systems、美國(guó)特拉華大學(xué)與愛荷華大學(xué)(University of Iowa)連手開發(fā)的技術(shù)，及其如何用于實(shí)驗(yàn)室中評(píng)估紅外線導(dǎo)彈在飛行中執(zhí)行任務(wù)（來源：Air Force Research Laboratory）

當(dāng)然，組件和電路板測(cè)試是系統(tǒng)測(cè)試的基礎(chǔ)建構(gòu)模塊。但即使是功能齊全且經(jīng)過測(cè)試的模塊在推進(jìn)新領(lǐng)域時(shí)也可能無法完成任務(wù)。這就是系統(tǒng)測(cè)試的明顯挑戰(zhàn)之一。您不僅必須配置和除錯(cuò)系統(tǒng)測(cè)試安排，通常還需要一些獨(dú)立、甚至是全然不同的方式，以驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)是否提供了有效的結(jié)果。無論問題是基本的校正還是更大的錯(cuò)誤或誤解，高階的先進(jìn)系統(tǒng)測(cè)試可能十分值得，同時(shí)也令人沮喪。

你曾經(jīng)必須為了測(cè)試獨(dú)特且從未做過的系統(tǒng)開發(fā)專用的測(cè)試工具嗎？在過程中遇到過什么“驚喜”？順利克服問題而且還清楚地記得嗎？請(qǐng)與我們分享。