基于四象限探测器的互瞄技术研究

空间位置传感中互瞄精度是影响全景立体相机和 激光雷达联合标定的主要因素,针对目前通用的望远镜互瞄十字丝法 精度瞄准过程繁 琐及操作难度大等问题,提出了利用激光器和四象限光电探测器实现两台仪器间互瞄的 新方法。在两台需要互瞄的仪器 设备上分别安装一个激光发射器、四象限探测器及粗瞄器,通过粗瞄使激光光束照射到 四象限探测器光敏面上, 根据四象限探测器4个象限电压输出得到光斑中心相对于光敏面中心的偏移量,通过适当调 整仪器位置姿态实现互 瞄对准。仿真分析和实验结果表明,四象限探测器的对准精度可满足仪器间互瞄的要求,相 比于望远镜互瞄十字丝法操作简便,为联合标定提出了一种新思路。     

基于四象限探测器的激光监听系统

为了减弱外界环境对激光监听技术的影响,该文首先分析对激光监听系统产生影响的主要因素。从系统接收端入手,采用四象限(4QD)光电探测器对声波震动产生的偏折角度出发推导大气环境下光轴检测系统中固有分辨精度与细分精度间的关系;然后通过分析4QD检测系统在大气环境下受到外界的约束条件,阐明了激光监听系统中采用4QD探测器作为系统的接收端具有更好的优越性。最后通过一个设计实例与监听试验验证了上述观点。     

四象限探测器组件在激光制导技术中的应用

讨论了象限探测器在激光制导技术中的应用,简述了四象限探测器及其组件用于激光制导的工作原理,以及激光半主动制导系统对四象限探测器组件的特殊要求,介绍了一种实用的激光半主动制导用四象限激光探测器组件.     

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。     

InGaAs四象限探测器

采用InP/InGaAs/InP双异质结结构研制了对人眼安全的1.54～1.57 μm InGaAs四象限探测器.对器件结构设计和材料选择进行了讨论.在对响应时间、象限串扰、暗电流和响应度等参数进行计算与分析的基础上,优化了器件结构参数.实验结果表明,器件响应度达到0.90 A/W,响应时间为2 ns,暗电流低于5 nA,象限串扰达到1%(象限间隔20 μm),象限均匀性为4%.     

基于四象限探测器的斯托克斯向量测量仪

四象限探测器的各探测器互相匹配,被广泛应用于光束准直等应用中,适合于测量和监控快速变化或漂移的光束.通过研究,提出了一种基于四象限探测器的偏振态测量装置.该装置在四象限探测器的每一个探测器前放置经过不同检偏方向的偏振片及特定相位延迟和快轴方向的波片,构成四个检偏通道,并通过探测器上的光强计算得到入射光的斯托克斯向量.不同偏振片的偏振方向以及波片的相位延迟和快轴方向经过优化设计确定,以便降低测量误差并提高测量稳定性.该斯托克斯向量测量仪能够实现入射光偏振态的同时测量与高速输出,对于动态偏振系统的监控具有独特优势.通过类似优化设计,亦可扩展系统使用波段,改善红外波段测量效果.     

PIN四象限探测器输出特性的改进研究

PIN四象限探测器在应用过程中对其输出一致性的要求很高。文章讨论了影响PIN四象限探测器输出一致性的各种因素,并有针对性地提出了相应的改进措施。通过仿真分析,对PIN器件的各项参数进行了优化设计,并制作出了可工作在1 060nm波长、50V偏压下的PIN四象限探测器,其每个象限响应度达到0.3A/W,暗电流小于50nA,四个象限输出不一致性小于10%。然后通过对单个芯片的四个象限分别进行放大电路的安装调试,制作出了输出不一致性小于3%的四象限探测器器件。     

基于四象限探测器的桥梁挠度实时监测系统研究

为了实现高精度的桥梁挠度测量,提出了一种基于四象限探测器的桥梁挠度实时监测方法和系统。四象限探测器能使系统在挠度测量的同时还能获得被测点的横向位移,实现二维测量,并且具有高频测量的能力。用本文方法和系统对桥梁挠度进行单点或多点测量,结果表明：测试单点纵向位移能达到20μm的分辨率,测试精度可达到0.1 mm。     

基于FPGA的四象限探测器信号处理板设计

针对激光半主动导引头四象限探测器对回波窄脉冲信号高精度同步采样需求,设计了一款基于FPGA的四象限探测器信号处理板。该设计主要包括峰值检测模块、触发模块和FPGA模块。探测器前端板输出信号经峰值检测模块自动获取峰值电压后,由ADC实现模数变换,在FPGA内进行目标位置解算并形成制导指令上传至飞控板。其核心设计峰值检测模块,解决了窄脉冲信号峰值捕获的难题。实验表明,该设计输出波形稳定,且输出与输入具有良好的线性关系,最大相对误差小于4,通道一致性高于98,满足四象限探测器读出需求;与现有两款峰值检测模块进行性能对比,表明该设计性能表现良好。     

采用四象限探测器的激光跟踪系统设计

为简化自由空间激光通信的跟踪系统,本文采用四象限探测器检测目标位置,通过峰值保持电路稳定激光脉冲峰值并计算脱靶量,结合角速率和角位置信息,采用基于位置环、速率环、电流环的闭环控制算法实现视轴稳定与目标跟踪。仿真设定载体扰动频率为3 Hz时,系统的隔离度达到1.0%;目标位置±20°正弦变化时,能稳定跟踪;脱靶量噪声是跟踪误差的主要因素,峰值信噪比20 dB时,跟踪误差0.07°。结果证明系统设计可行,为激光跟踪样机研制奠定了基础。     

四像限光电探测器的逆光路模型

讨论了探测器的观测空间转换问题。介绍了一种用神经网络建立的从电信号特征参数到光路参数的光路反模型的方法。根据四像限光电探测器的两路输出信号在过零点附近时间段的逼近直线的斜率和截距与光电探测器的三自由度安装位置，以及探测器光敏面的离焦量的特殊关系，建立了称之为模型1的四像限光电探测器光路逆模型。同时以探测器特定时刻输出电压作为观测量，建立了称之为模型2的探测器光路逆模型。并以探测器光敏面的离焦量为例，给出了两个模型的实测值和模型1的重复性测试值。重复性测试值表明，模型1的最大重复测试误差只有O．015mm。实测结果证明，模型1的检测精度可以达到微米级，而用探测器特定时刻输出电压建立的逆模型的检测精度只能达到毫米级，这证明用探测器输出信号过零点附近时间段的逼近直线参数作为观测信号优于用输出信号特定时刻电压作为观测信号。     

几种四象限探测器测角算法的分析研究

在不考虑探测器非均匀性影响的情况下,本文分析了传统四象限测角算法和另外几种算法在计算入射光的俯仰角和偏转角时的性能,还比较了在整个平面内各个算法得到的俯仰角的误差曲面.从比较中看出,采用曲线拟和的方法,硬件实现简单,测角精度也比较高.     

四像限光电探测器的光路数学模型

探测器数学模型是探测器实施精确探测的基础。通过分析探测器光路建立了一个较为完整的四像限光电探测器的光路数学模型．考虑了探测器在安装过程中发生的偏移位置及其偏移量、光敏面的离焦量、探测器结构参数等对光信号到电信号的转换的影响。在建立俯仰偏移、横滚偏移和方位偏移三种特定情况下探测器模型的基础上．给出了探测器的三自由度安装位置、光敏面的离焦量、光信号等与输出信号的一般关系式。比较在给定相同光路参数条件下探测器光路数学模型的理论输出信号波形与实测输出信号波形，结果表明，两者信号波形相似。比较模型输出与实际输出信号的两个特征参数．即信号过零点的切线的斜率与截距，可以发现，特征参数的差别小于0．01，因此。四像限光电探测器数学模型的输入输出关系与探测器实际输入输出关系是一致的，可以用该模型实施探测器探测。这为光电探测器进一步的研究与应用．实现无实验样本探测提供了参考。     

基于四象限探测器的激光束二维扫描跟踪系统的研究

在激光作为能量载体给远程移动设备如无人机充电的过程中,为确保接收端能精准接收到从发射端发射来的激光束,设计了一套基于四象限探测器的激光束二维扫描跟踪系统.该系统通过实时测量入射激光的光斑中心相对于四象限探测器中心的偏移量,利用监控和控制计算机、控制柜以及二轴转台构建闭环控制系统,可实现激光对移动目标的实时跟踪.测试结果表明,当移动目标在距离激光束发射端高1m、横向宽度30 cm的区域内以不大于5 cm/s的速度移动时,该跟踪扫描系统可较准确、实时地跟踪移动目标.     

CO2激光制导用光伏碲镉汞四象限探测器组件

报道了ＣＯ_２激光制导用光伏ＨｇＣｄＴｅ四象限探测器组件研究的进展情况，采用中ＨｇＣｄＴｅ体晶材料已制备出直径达２ｍｍ的四象限二极管阵列，其平均探测率为１．４１×１０（１０）ｃｍＨｚ（１／２）／Ｗ，平均响应率为２１４Ｖ／Ｗ。该探测器配有四通道的前置放大器，整个组件具有３．１５×１０（１０）ｃｍＨｚ（１／２）／Ｗ的平均探测率和优于±３％的响应均匀性。     

四象限探测器输出非均匀性分析与矫正

对四象限光电探测器系统的原理及其定位误差进行了分析,并提出了一种标定并修正其固有误差以及四象限非均匀性的方法.推导得出了入射光线偏移角度和输出电压的关系,并通过实验和计算得到了证实.为改善四象限探测器探测精度以及消除各项误差的影响提供了一种方法.     

保偏光纤侧视定轴技术仿真及实验分析

通过建立POL(Polarization Observation by The Lens-Effective Tracing)保偏光纤定轴系统仿真模型,分析了定轴过程中光纤发生微小位移以及相机像元尺寸所产生的误差。为了减少该种误差,实现自动对轴,提出了一种基于POL技术的保偏光纤定轴方法——POLF(Polarization Observation by The Lens-Effective with Fiber-Focus)定轴法。对该定轴方法进行了仿真验证,并通过对轴实验对其定轴精度进行了验证。实验结果证明POLF定轴算法能够实现优于1°的定轴精度。     

光电跟踪伺服系统的研究

MSP430系列单片机已广泛应用于许多数字电子产品所涉及的领域。研究设计中将四象限探测器与MSP430系列单片机相结合,通过软硬件结合的方法能够实现目标的精准定位与跟踪。通过实验研究结果及分析,文中的设计思路能够有效地实现对目标的搜寻与跟踪。并且MSP430系列单片机的应用降低功耗也提高了开发效率,缩短了开发周期。