The computer model of the matrix photodetector
Authors: Фещенко В.С. , Суринов В.Г. , Чукита В.И. , Шепелев В.А. 
Published: July 2024

Разнообразие областей применения, разнородность физических процессов имеющих место при прохождении информации через современные фотоприёмные устройства (ФПУ), создают существенные трудности в проведении над ними натурных экспериментов во время их разработки и исследования. Особенно это проявляется на этапе разработки аванпроекта, когда отсутствует не только сам ФПУ, но и сама концепция построения прибора. В этом случае особенно актуально провести процесс математического моделирования и построить компьютерную модель предполагаемого ФПУ с целью выбора его компоновки, оптимальных параметров и режимов работы. В данной работе описана разработка компьютерной модели матричного фотоприёмного устройства (МФПУ) начиная с первого этапа, этапа создания первичного образа объекта или системы. На данном этапе определены основные составные части МФПУ и, взаимосвязи между ними, а также управляющие, входные и выходные сигналы. При этом была построена концептуальная модель, которая в идеализированном виде отражает принцип действия и состав МФПУ. Далее была разработана математическая модель МФПУ на основании концептуальной модели, проверена на адекватность и сделан вывод о небольшом предполагаемом отклонении характеристик модели от параметров реального устройства. Далее была осуществлена программная реализация математической модели в среде MATLAB и получена компьютерная модель МФПУ. Компьютерная модель учитывает все основные физические процессы, проходящие в МФПУ. Затем, с целью проверки работоспособности компьютерной модели, были исследованы зависимости качества изображения МФПУ от различных физических и конструктивных параметров и сделан вывод о том, что данную модель можно применить на начальном этапе разработки МФПУ для выработки технических требований к нему и сравнению различных вариантов компоновки.

The variety of applications, heterogeneity of physical processes taking place during the passage of information through modern photodetector devices, create significant difficulties in conducting field experiments on them during their development and research. This is especially evident at the stage of development of the advance project, when there is absent only the photodetector itself, but also the very concept of building the device. In this case, it is especially important to carry out the process of mathematical modeling and build a computer model of the proposed photodetector in order to select its layout, optimal parameters and operating modes. This paper describes the development of a computer model of a matrix photodetector or FPA starting from the first stage, the stage of creating a primary vision of an object or system. At this stage, the main components of the FPA, the relationship between them, input, output and control signals were determined. Thus, a conceptual model was built, which reflects in an idealized form the composition and principle of operation of the FPA. At the next stage, on the basis of the conceptual model, a mathematical model of the FPA was developed, checked for adequacy and concluded that the expected deviation of the characteristics of the model from the parameters of the real device was small. Finally, at the last stage, a software implementation of the mathematical model in MATLAB was carried out and a computer model was obtained. Further, in order to check the performance of this computer model, the dependences of the image quality of the FPA on various physical and structural parameters were investigated and it was concluded that this model can be used at the initial stage of the development of the FPA to develop technical requirements for it and compare different layout options.