四象限探测器高精度定位算法研究

用于光斑中心位置计算的定位算法是影响四象限探 测器位置测量精度的主要因素之一。为了提高四象限光电探测器的定位精度,分析了目 前通用的质心算法计算 光斑中心的位置误差,提出了一种基于数据库查询的高精度光斑中心定 位算法。算法的原理为:在四象限探测器和光源特性已知的前提下,首先通过仿真方法建 立一个数据库;数据库中光斑中心位置和探测器各象限的电流比具有一一对应关系。实际使 用时,以实测的四象限探测器各象限的电流比为基础查找对应的光斑中心的位置。仿真分 析和实验验证结果同时表明,与通用的质心算法相比,新算法能将光斑中心位置的计算精度 提高10²数量级。这对于使用象限式探测器进行高精度位置测量具有重要 意义。     

激光导引头四象限探测器偏差信号特性研究

为了分析四象限探测器偏差信号对激光导引头探测定位精度的影响,在激光导引头四象限探测器探测定位原理的基础上,采用计算机建模仿真的方法,研究了入射光斑大小、分划线宽度和背景光强度对四象限探测器偏差信号的影响。结果表明,入射光斑变大,四象限探测器的灵敏度会变低,动态跟踪范围变大;分划线宽度在探测器串扰允许的范围内越窄越好;背景光降低了四象限探测器的灵敏度。该研究结果有助于提高激光导引头四象限探测器探测定位精度。     

四象限探测器基于高斯分布的激光光斑中心定位算法

为了提高四象限探测器在FPGA中实时激光光斑位置测量的精度,提出了一种基于高斯分布的光斑中心定位算法。首先,四象限探测器光敏面上分布的激光光斑采用高斯分布模型等效。结合探测器的工作原理,合理设置高斯积分区间,计算出呈高斯分布的光斑在探测器各象限内的光能量,从而对应各象限输出的光电流,得到包含光斑位置信息的正态分布关系式。再通过标准正态分布表查询快速求解出光斑中心位置,将算法在硬件上实时地实现。最后,分别对基于高斯分布的定位算法和基于圆模型的传统算法进行仿真与实验验证。结果表明,基于高斯分布的定位算法的测量精度相较于传统算法提高了43.8%。由此证明基于高斯分布的定位算法能有效提高激光光斑中心位置测量精度。     

空间激光通信中四象限光电探测器环形光斑检测及误差补偿

分析了以卡塞格林(卡式)望远系统作为光学天线时,大气激光通信捕获、对准和跟踪系统中四象限光电探测器光敏面上环形光斑位置检测的误差问题。基于光斑中心遮挡与死区感应光能量的等同效应,理论推导了入射环形光斑偏移量与光斑中心坐标、探测器死区宽度和环形光斑内外圆半径之间关系的数学模型。数值仿真和实验结果表明:与完整高斯光斑相比,环形光斑的探测线性范围较小,检测灵敏度较低。根据实验条件选择合适的卡式光学天线或光斑半径,使遮光比为30%时探测器的探测线性范围最大,不会出现非线性误差。所提环形光斑误差补偿算法克服了光斑中心遮挡带来的位置检测误差,探测器探测精度可达0.0015mm。     

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。     

基于四象限探测器的光斑中心高精度定位算法

为了提高四象限探测器检测光斑中心位置的精度,降低现有算法的复杂度,提出了二段式多项式拟合算法。在光斑能量分布服从高斯分布模型的条件下,利用四象限探测器的对称性,简化数据的处理量,将拟合区间合理分为两段进行多项式拟合。同时,针对在拟合区间两端的拟合误差较大的现象进行了优化。仿真分析结果表明,当最高多项式次数为四次时,在原点附近区间,拟合误差仅为10-5mm数量级;在远离原点区间,拟合误差为10-4mm数量级。最后通过实验验证,证明了算法的可行性。     

基于四象限探测器的激光光斑中心定位算法

为了提高用于激光半主动导引系统的四象限探测器对激光光斑中心定位的精度,分析了四象限探测器的定位原理,并对不同光斑模型下常用的定位算法进行了仿真分析.在对传统定位算法进行分析的基础上,针对高斯光斑模型下定位算法的不足,结合标准正态分布的特点,对高斯光斑模型下的定位算法进行了合理的改进.通过仿真分析和设计的实验验证,结果表...     

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.     

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。     

高精度激光追踪测量方法及实验研究

为满足现代工业各领域对高精度、大测量范围、实时性测量的要求,提出一种高精度激光追踪测量方法,来实现对随动目标的精密追踪测量。基于四象限探测器的激光追踪测量系统可实时地测量入射激光光斑相对于四象限探测器中心的偏移量,利用响应速度快的伺服电机、可编程多轴运动控制器(PMAC)的运动控制卡构建闭环控制系统,实现高精度快速激光追踪测量。实验结果表明,所提出的高精度激光追踪测量方法实时性好、测量精度高;当在激光光斑距离四象限探测器中心±1000μm范围内追踪测量时,光斑偏移量误差为31.2μm,激光光斑返回四象限探测器中心的平均时间为0.259ms。