四象限光电跟踪技术中若干问题的探讨

本文对四象限光电跟踪技术中所涉及的若干问题进行了探讨。其中对误差数据提取的算法，目标回波在四象限光电探测器上敏面上形成的像斑尺寸等，影响较大的制约因素进行了较详细的计算分析，从中得到了一些有益的启示。     

轨距传感器中激光光斑大小的影响

文中基于四象限光电探测器和三角测量方法,经过相似三角形的近似处理,提出了一种用于铁轨轨道几何参数检测的新型激光位移传感器.该传感器与其他方法不同之处是：激光器采用红外脉冲半导体激光器,这样避免了外界杂散光的影响;探测器采用四象限光电探测器,响应频率高,避免了外界温度的干扰.重点分析和研究了激光器光斑,物体表面激光光斑和四象限探测器探测的激光光斑大小的计算.从而调节激光器到一个最佳的位置.     

一种新型的太阳自动跟踪系统研究

为了最大限度的利用太阳能,采用自动跟踪太阳的方式以获得更多的能量。简要介绍了现有的几种主要跟踪方式,光电探测器跟踪方式容易受天气条件干扰,时钟跟踪方式有累积误差或者因数据库庞大导致反应变慢等缺点。提出了一种时钟跟踪与光电探测器跟踪相结合的双轴跟踪方式,方位角采用时钟跟踪,俯仰角采用四象限光电探测器跟踪,控制核心选用ATmega16单片机。该跟踪方式结合这两种跟踪方式的优点,很好地克服了两者的缺点。实验表明,本系统转动精度高,工作稳定性好,太阳能接收损失小。     

光学瞄准及自动跟踪系统设计

为提高激光通信、激光制导、激光雷达等光电系统的工作可靠性及自动化程度,提出了光学瞄准及自动跟踪系统的设计方案.系统采用四象限光电探测器为前端探测单元,结合自动控制技术和精密步进系统,实现目标激光光斑的自动瞄准和跟踪.介绍了系统的工作原理,并对其进行了硬件设计和控制程序设计.经调试、运行证明,该系统方案可行、简单且易于实现,二维位移的跟踪控制精度可达10μm以下.     

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.     

四象限探测器光电跟踪伺服系统的研究

为了实现光电跟踪目标,用四象限探测器检测目标物,利用单片机MSP410F169的AD采集,将采集到的信号进行滤波,利用PID算法,以及单片机MSP410F169的时钟控制PWM波的占空比来调节电机的转速。通过两个电机来实现跟踪装置的空间旋转跟踪目标物。     

基于905 nm激光器的激光跟踪系统研究

通过对四象限光电探测器结构及激光跟踪原理的分析,利用905 nm半导体激光器作为指示光源,制作了一套四象限光电定位跟踪系统。在室内实现了搜索和跟踪定位,对8 m处的目标进行了跟踪,并测试了激光的发射波形以及展宽电路的采样信号,跟踪精度达±2.5 mrad。通过实验对该系统进行的跟踪测试,证明该系统不但体积较小而且稳定、准确。与传统的激光跟踪系统相比,半导体激光跟踪系统可以适应更多的应用环境,有着更加广泛的应用前景。     

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。     

星间激光通信中四象限探测器的定位精度研究

在星间激光通信中,精跟踪单元常采用四象限探测器用于光斑位置定位,定位误差的大小直接影响精跟踪单元的测角精度.为实现微弧度量级的测角精度,文章研究了影响探测器定位误差的各个噪声因素,并根据星间光通信的实际情况进行了简化分析,提出了定位误差的具体计算方法,最后通过具体算例评估了各噪声因素的影响程度.研究结果表明,提高发射功...     

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。     

CO2激光光斑的简单跟踪显示方法

CO2激光器发射波长为10．6μm的不可见光，因此使用很不方便。本文提出利用He—Ne激光采跟踪显示CO2激光光斑的简单方法，以适应多种应用。     

激光光斑尺寸对烟幕干扰效果影响的研究

为了提高激光武器抗烟幕干扰的能力,通过利用相关理论进行推导和计算,分别得出施放烟幕前后目标表面光斑尺寸的大小与探测器接收到的来自目标的激光功率以及烟幕干扰效果之间的关系,以模拟烟幕对激光武器的干扰效果评估。验证了理论推导和计算基本符合实际情况。研究表明,光束的半径越小,能量越集中,烟幕对激光武器的干扰效果越差,激光武器的抗干扰能力越强。     

胶片扫描法精测微米光斑

为了精确测量零阶贝塞耳光束的中心亮斑半径,采用彩色反转胶片作为记录媒质,通过滚筒扫描的方法将底片上的图像转为数字图像,在对数字图像做必要的处理后,测量出氦氖激光的零阶贝塞耳光束的中心光斑半径为16.77μm±0.01μm,与理论计算值15.16μm吻合良好。实验结果表明,采用胶片测量微米量级的光斑具有高精度、低成本,可测截面面积大的优点,在1Hz超短脉冲实验中,可以替代甚至超越了常规的激光光束分析仪。     

激光点状合金化对42CrMo钢疲劳裂纹扩展速率的影响

裂纹倾向严重和搭接区软化是激光表面强化技术面临的两大难题,为此,提出了一种激光点状合金化方法:使预涂在基体表面的合金涂层或由喷嘴送入的合金粉,在激光小孔效应作用下,与基体形成混合熔池,得到合金化点。研究表明,大量规则分布、互不重叠的合金化区及其周围的相变硬化区从总体上降低了疲劳裂纹扩展速率,提高了材料的疲劳寿命。对疲劳裂纹断口的初步分析显示,相变硬化区对阻滞裂纹扩展其到了重要作用。     

基于单目视觉的移动光斑跟踪定位方法

针对移动光斑跟踪定位中目标快速运动、严重遮挡导致光斑位置难以长时间跟踪的问题,提出了一种基于光斑跟踪模块、光斑中心定位模块和光斑轨迹预测模块三部分组成的单目视觉的移动光斑跟踪定位方法。其中,光斑跟踪模块是通过图像分割出目标光斑区域并以该区域初始化相关滤波器CN算法;光斑中心定位模块在跟踪框内通过灰度质心法求取光斑中心;光斑轨迹预测模块是通过自适应无迹卡尔曼滤波器(UKF)结合轨迹线性拟合来估计目标位置,在受干扰情况下校正CN跟踪器的搜索区域,提高系统抗干扰能力;利用实际移动光斑视频图像序列进行实验研究,对比试验结果表明所提方法的有效性。     

温度梯度对激光熔覆层裂纹产生的影响

为了减少激光熔覆技术中因温度梯度大而产生的熔覆层裂纹，在激光熔覆过程中采用预热基体的方法来减小温度梯度。采用ANSYS软件建立45#钢基材上激光熔覆镍基金属粉末的多道搭接温度场有限元模型，通过热电偶测温验证模型的可靠性，利用建立的有限元模型分析熔覆层在熔覆过程中熔覆层边缘的温度梯度变化规律以及基材预热温度对熔覆层温度梯度的影响。结果表明，最大温度梯度位于熔覆层与基体结合界面的边缘，使得此处成为金属熔池凝固的极端条件，导致此处极易产生裂纹；在基材预热为200℃时，可以显著降低熔覆层凝固过程中的温度梯度，温度梯度的降低越明显，越能有效地抑制裂纹产生。通过模拟与实验的结合为实际激光熔覆制造提供了切实可行的参考依据。     

激光光斑整形算法

为了消除红外激光光斑图像中的后向散射现象或使光斑的灰度分布更加均匀以便于观测,提出了一种基于光斑重心的后向散射抑制算法和一种激光光斑灰度值补偿的算法。基于光斑重心的后向散射抑制算法是在提取光斑重心位置的基础上,确定光斑的半径,最后通过设定的阈值决定图像的灰度值。光斑灰度值补偿算法要在确定光斑边缘点的基础上,计算出光斑中心,再通过光斑的区域能量来修正中心位置并确定光斑半径,最后以光斑中心和半径来矫正光斑区域图像的灰度值。给出两种算法的实验结果及分析,研究证明算法可以基本全部去除光斑图像中的后向散射现象,较好的修正光斑区域的灰度值分布情况,经算法处理后的图像适合应用于进一步的工程实验分析中或是进行实时图像观测。     

激光光斑测量仪

本文介绍了一种单片机控制的光斑测量仪。通过对比测量与时间细分得到被测光斑值。     

激光光斑的高斯拟合

给出了激光光斑的高斯拟合及其改进算法,实验表明,拟合曲线与原始实验数据达到很好的逼近,而且还可以估计出饱和区的实际光强。