基于四象限探测器的激光稳定集成化系统设计

为了提高激光光斑中心的定位精度,实现激光稳定输出的功能,提出了基于四象限探测器的激光稳定集成化系统。首先,根据四象限探测器的工作原理,对四象限探测器上光斑的中心位置和偏差量进行理论计算和分析,然后融合计算机信号处理技术和控制技术对四象限探测器信号进行闭环控制,并将四象限探测器和光学元器件集成在多轴笼式结构中,完成了激光稳定集成化系统设计。多次实验数据结果表明：该系统能100%完成对光斑中心的定位,稳定性达到94.74%,3次实验误差的差值最大为2.422μm。     

四象限激光制导的双光斑探测算法

为了消除干扰光斑对四象限激光导引头的影响,分析了四象限探测器(QPD)经典算法用于双光斑探测的特点,即干扰光斑导致探测器接收能量突变,且双光斑能量中心偏离了没有干扰光斑时的目标光斑能量中心,其偏离量δd由双光斑中心距d和双光斑能量比k决定.在此基础上,提出了四象限激光制导的双光斑探测新算法,由能量突变判断干扰光斑出现的时刻,通过计算每个波门对应的d和k来确定δd,并对双光斑误差信号修正±δd.为了验证新算法,对双光斑的位置误差输出信号进行了数值模拟.结果表明:新算法可实现对目标光斑和干扰光斑的识别,并消除干扰光斑的影响.     

象限探测器放大组件带宽设计方法研究

为了提高激光导引头探测灵敏度,采用数值仿真的方式,拟合出了象限探测器放大组件带宽与激光导引头探测灵敏度的关系曲线,并定量分析了导引照射激光的脉冲宽度对象限探测器放大组件带宽设计的影响.提出象限探测器放大组件带宽设计方法,以某型激光导引头为例,对该方法的有效性进行了实验验证.结果表明,象限探测器放大组件带宽设计方法可有效...     

激光损伤四象限探测器对制导武器的影响

对激光损伤四象限探测器对制导武器的影响进行了研究。首先,简述了激光硬损伤光电探测器机理和四象限探测器目标探测定位原理;接着,建立四象限探测器模型,针对不同损伤情况,计算了归一化探测曲线和探测器偏移量;然后,将不同损伤情况下的角偏差信号送入激光制导炸弹运动控制模型,得到了不同四象限探测器损伤状态下激光制导炸弹弹道曲线;最后,分析了四象限探测器不同损伤距离下激光制导武器的脱靶量。研究表明,四象限探测器损伤程度和损伤距离都会对激光制导武器产生影响。该研究结果对大功率激光压制半主动激光制导武器效果评估有一定帮助。     

基于Infinite integral的四象限探测器光斑位置检测算法

为了进一步提高基于四象限探测器的半主动式激光导引头的目标定位精度,本文以高斯分布的圆形光斑作为入射光斑模型,提出了一种基于Infinite integral拟合方法的改进算法(GII)。在Infinite integral拟合算法的基础上,考虑了外部光能和死区带来的误差影响,采用最小二乘法获得最佳拟合的解析表达式。为了简化算法的计算量,对部分解析表达式进行分段式多项式拟合,优化拟合区间,并得到GII算法的解析表达式。GII算法相较于传统Infinite integral拟合算法和8次多项式拟合法,精度大幅度提升。仿真和实验表明,该算法在确保良好实时性的同时,能增加四象限探测器的有效探测范围,提高不同光斑半径下四象限探测器的定位精度,为战场环境下精准激光制导武器的发展提供了理论参考。     

激光导引头探测能量分布的建模与仿真

为了实现光电对抗装备对抗效果的评估,为某型激光导引头仿真模型的子模型建立了四象限探测器模型并进行了数学仿真。提出了快速计算激光光斑落在四象限探测器每个象限的光斑能量的方法,即激光光斑象限能量分割模型,弥补了传统和差电路定向法的不足。结果表明,建立的四象限探测器模型能够模拟四象限探测器的工作过程,并且具有易实现、运算速度快等优点。这对于提高某型激光导引头数学仿真系统的可信度和真实性,以及提高该系统的实时仿真速度是有帮助的。     

激光半主动导引头光学系统设计

激光制导导引头是当今最常用的制导装置,本文设计的激光半主动制导导引头由光学接收系统和一个四象限探测器组成。本文对四象限探测器的工作原理进行了分析介绍。结合激光器的发射功率、作用距离与四象限探测器的参数,对导引头光学系统参数进行了计算与分析,得到了系统入瞳的最小尺寸。应用ZEMAX软件对激光半主动导引头的光学系统进行了优化设计,并通过包围圆能量曲线、光斑均匀性等对光斑质量进行了评价。使用MATLAB软件对能量曲线进行拟合,根据拟合曲线对光斑的能量分布进行评价。     

自由空间激光通信四象限探测器性能研究

在自由空间激光通信中,精跟踪单元的探测器经常选用四象限探测器(QD),探测器的性能影响跟踪精度,为了研究四象限探测器在不同条件下的性能,提出变步长的方法,分析光斑大小对动态范嗣和探测灵敏度的影响情况,在满足仿真精度的前提下,缩短了仿真时间.在光斑能量服从高斯分布的情况下,分析背景光、光电响应度和死区对动态范围和探测灵敏度的影响,特别研究非均匀背景光的影响.结果表明,随着光斑半径的增加,光斑位置检测的动态范围在增大,位置探测灵敏度在降低.相同光斑半径条件下,对于服从艾里分布的光斑的位置探测灵敏度高于服从高斯分布的光斑,而动态范围小于后者,非均匀背景光对探测器性能的影响比均匀背景的影响大.     

激光半主动导引头光学系统设计与分析

激光半主动导引头作为一种精确制导的方式,已经在实战中得到广泛的应用。导引头通过对探测器上获取的激光信号进行数据处理以获取目标的位置信息,因此导引头获取激光光斑的能力将会直接影响导引头跟踪目标的性能。本文基于单四象限探测器的工作原理,根据导引头的设计指标,对光学系统的焦距及获取光斑的大小进行分析,应用ZEMAX软件对光学系统进行设计和优化。并从光斑大小、系统畸变和光斑能量分布均匀性等角度对光学系统的性能进行评价。根据评价结果可知该光学系统满足设计要求,获取的光斑质量较好。     

基于四象限探测器的光纤焦比退化的测量方法

为开展提高光纤焦比退化测量精度方法的研究,提出了一种基于四象限探测器的光纤焦比退化的测量方法。该方法是光纤的出射光斑打到四象限探测器上,通过偏转镜扫描四象限探测器靶面,获得探测器上的光斑位置灵敏度,间接获得出射光斑实际尺寸,进而得出光纤的焦比退化。并对光斑位置灵敏度与光斑半径的关系进行了分析,同时探究了四象限探测器的沟道宽度对光纤焦比退化的影响。     

基于相敏检波和位置探测器的位移检测系统

为了实现对微小位移的测量,研制了一套基于单模光纤输出半导体激光器和2维位置敏感探测器的位移检测系统,可以有效地抑制环境光噪声。对半导体激光器的注入电流进行1kHz的调制,实现输出光功率的调制。在信号处理电路中,采用相敏检波技术,解调探测器的输出交流信号,得出光斑能量中心位置,消除外界干扰。结果表明,测量精度优于1μm。这一结果对于多自由度误差检测是有帮助的。     

Scanning Measurement Method of Dispersion Mini-spot by Quadrant Photodetector

Quadrant photodetector is a new type position detector, which has already been applied to many fields such as measurement, target tracking, control, laser collimation, guidance, etc. System performance is related to laser spot area received by the quadrant photodetector. The optimum linear output signal of system is gotten only when the size of laser dispersion spot is well-proportioned to the detector photosensitive area. A method to measure the mini-spot received by detector and to adjust it in real time is presented, which is based on the quadrant geometrical and optical structure, making use of tilting mirror scanning, the sequence output signal of detector is gotten, then measurement model is built with rate of signal change as characteristic variable, the radius of the laser dispersion spot and adjustable value of dispersion are calculated. The experiment result shows that the maximum error is 0.58μm in measurement range of 0.5mm±0.1mm.     

高精度近红外光斑位置检测模型研究

为了提高1550 nm近红外波段光斑位置的检测精度,提出了一种改进的积分无穷解算模型。以高斯光斑为入射光模型,深入分析了InGaAs四象限探测器（Quadrant Detector, QD）输出信号与光斑实际位置之间的关系,考虑探测器直径及沟道的影响,通过引入误差补偿因子,利用最小二乘拟合的方法得到有效光斑半径,从而获得新解算模型的解析表达式,最后在搭建的InGaAs QD光斑位置检测系统上对提出模型进行实验验证。仿真和实验结果表明:新模型可有效降低不同半径光斑下的位置检测误差;入射光总能量约为10 W,光斑半径0.75 mm时,在[-0.75～0.75 mm]检测范围内,新模型均方根误差为0.003 mm,最大误差为0.009 mm,较原有模型分别降低了78.6%和52.6%。新模型在激光通信和激光雷达等工程实际中具有较好的应用前景。     

一种激光照射方位识别新技术研究

为了提高激光告警系统对激光照射角度的探测精度,提出了一种新的探测方法。该方法用柱透镜将激光汇聚成线光斑后再用二元光电探测器接收。二元光电探测器的两个光敏元设计成外形完全相同的直角梯形并拼接成矩形,当线光斑照射在矩形光敏区域内时,两光敏元分别接收到不等的光强,根据两输出信号差异计算激光照射方位。试验结果表明,这种方法能够较为准确地探测激光照射方位,设计的测试系统对激光入射角度的探测误差小于±0.21°,优于传统的非成像通道识别技术。     

双频激光相干探测差频信号影响因素分析

为实现高速运动目标的低多普勒探测,提出了双频相干激光的差频光探测方法。对双频激光相干产生的差频信号光学影响因素进行了分析。首先,根据干涉理论得到差频光,结合维纳-辛钦定理推导得到了差频光的功率谱函数。然后,利用频域积分法得到差频光信噪比,并对差频光的条纹对比度进行了分析,最后进行了双频激光相干产生差频信号的实验研究。理论分析和实验表明,激光线宽的增大导致差频光信噪比和条纹对比度的下降,光程差越小条纹对比度越好,移频器的频率扰动导致差频光中心频率的波动。     

背景光对四象限探测器干扰的研究

给出了四象限探测器(QD) 光电探测原理,从理论上详细分析了背景光干扰下对位置探测精度的影响,得出位置误差与测量位置存在线性关系、与信噪比几乎存在反比关系,并用实验验证了分析结果。最后提出了减小背景光影响的几种措施。本文为估算由此造成的定位误差提供了理论依据。     

水下气泡幕激光后向探测中的背景噪声抑制

水下气泡幕的激光后向探测中,背景噪声尤其是水体的后向散射光信号对信号的接收和处理造成了严重的干扰.对该问题进行分析,并进行了实验研究,调整发射器和接收器之间的距离,对后向散射光信号功率进行实测,对数据进行了比较分析.结果表明,适当增大接收器和发射器之间的距离,有利于水体后向光散射信号的抑制,可提高有无气泡幕信号之间的差异,从而提高水下气泡幕激光后向探测的能力.     

水下气泡幕激光后向探测中的信号起伏和干扰抑制

水下气泡幕的激光后向探测实验中发现,由于气泡幕的存在,信号有时得到增强,有时会减弱。对该问题进行分析,将探测区域分为三个组成部分,对三部分信号进行比较分析,从而找出影响信号强度的因素,并通过实验进行验证。结果表明,信号的强度是增强还是减弱,主要取决于气泡幕本身的信号强度,它与气泡幕的距离以及气泡密度等因素有关。对同一距离上相同密度的气泡幕进行探测,适当增大探测器和发射器之间的距离,可以提高有无气泡时的差异,从而提高系统探测性能。     

空间光通信中低信噪比条件下的光束位置检测

空间光通信中,需要通信双方检测入射光轴偏差以保证通信链路畅通。但光学天线控制系统使用的信标光经长距离传输后损耗过大,受背景光和暗电流噪声强烈干扰,系统中的四象限探测器(QD)对光斑位置检测精度下降。为解决这一问题,根据QD工作特性和噪声特性,提出了一种基于幅度调制和循环互相关运算的检测方法。该方法在QD输出信噪比(SNR)过低的情况下,可精确测量QD各象限输出的电流幅度,并以此计算出准确的光斑位置。实验结果表明:当QD的输出SNR为﹣14.58 dB时,该方法的绝对误差小于0.012 mm,证明了该方法的有效性。