四象限探测器镜头光学质量的检测系统设计

在激光制导中,四象限探测器镜头的光学质量决定了目标定位的精度。鉴于此,设计一种非接触式检测四象限探测器镜头光学质量的系统,该系统能够对四象限探测器镜头的光学质量进行在线批量检测。首先将激光光源整形扩束准直为平顶光束,然后通过四象限探测器镜头在磨砂玻璃上显像,最后通过非接触式长工作距离的显微物镜成像在探测器上以探测光斑的形状、位置及均匀度。设计结果表明,此系统能够有效单独对四象限探测器镜头的光学质量进行批量检测,从而提高四象限探测器镜头的品控,有助于提升四象限激光制导探测系统的整体质量。     

四象限探测器光斑尺寸测量方法的研究

由于四象限探测器具有低噪声、高灵敏度和高带宽的优势,因此被广泛应用于激光光斑跟踪、准直和位置检测等领域。靶面上的光斑尺寸是影响系统性能的重要参数之一。对探测器的光斑位置探测灵敏度指标Sx进行了分析,比较了象限间沟道大小对Sx的影响关系。提出了一种测量光斑半径的方法,该方法利用电控偏转镜扫描探测器靶面,获得位置探测器灵敏度,基于位置探测灵敏度与光斑半径的对应关系,间接测得光斑尺寸。     

激光位置探测器的角位移测量精度分析

作为激光光斑位置探测器,象限探测器和位敏探测器被广泛应用于激光光斑跟踪、监控、位置检测和定位等领域。对这两种探测器的角位置测量精度进行了探讨,分析了影响精度的主要噪声源,推导出两者的角位移精度表达式,并通过计算进行了模拟。结果显示,两者的测量精度决定于信号的信噪比,且随作用距离的增加而降低;象限探测器的角位移测量精度明显高于位敏探测器。在忽略背景光噪声的情况下,象限探测器的精度约为位敏探测器的40倍。     

采用四象限探测器的光斑中心定位算法

为提高激光发射系统的监测精度,提出了一种基于四象限探测器的光斑中心定位算法,首先采用均匀分布的椭圆模型对光斑进行分析,根据四象限探测器工作原理,通过计算椭圆形光斑在四象限探测器上各对应区域所占面积进而推导光斑中心坐标表达式,然后采用解析几何的方法求取椭圆光斑的长轴与短轴,最后搭建四象限监测系统对算法进行实验验证;结果表明,所提算法能有效提高四象限探测器的光束监测精度,较传统方法精度提高21.3%。     

像散离焦检测系统中光斑能量中心偏移对测量精度的影响

通过推导高斯光条件下像散离焦检测系统中离焦量与聚焦误差信号功率之间的关系,分析了激光光斑能量中心相对四象限探测器几何中心的偏移距离和偏移角对离焦量测量精度的影响及其规律。在此基础上,提出了一种易于实现、能够精确定位四象限探测器的实验方法,该方法能够有效地提升系统抗干扰能力和探测精度,减小系统误差,加强系统稳定性。此过程对设计搭建高精度像散离焦检测系统具有重要的指导意义。     

一种基于激光调制的高精度位移测量方法

激光准直技术在位移测量及相关应用中具有重要作用,其核心器件是位置敏感探测器,环境杂散光、电源波动、光电信号处理电路噪声等是影响测量精度的主要因素。针对以上问题,提出一种基于激光调制的高精度位移测量方法。将激光器由直流驱动的连续输出模式改为交流驱动的调制模式输出,优化设计光电探测器微弱光电信号的调理与采集系统,通过编写Labview软件对信号进行频谱分析、带通滤波、均值处理等,对激光连续输出和激光调制输出2种情况分别进行了实验测试与分析,并对比了位移测量的稳定性。实验结果表明:其测量值波动范围从7 μm减少到了2.6 μm,验证了基于激光调制方法的有效性,可以通过滤波更加有效地消除噪声,测量精度提高至3 μm以内。     

基于四象限探测器的激光导引镜头的研制

为了满足激光制导对大视场、高线性度探测的性能要求,基于激光制导炸弹的应用需求,介绍了四象限探测器的工作原理和特点,分析了光斑大小、能量均匀性、线性度、探测距离等参数对探测精度的影响;结合系统性能指标,选择了合理的光学系统结构类型,完成了光学系统设计和光机结构设计;利用畸变、点列图、足迹图、能量集中度等指标对系统性能进行了评价,并分析了目标大小和探测距离对光斑大小的影响。测试结果表明,激光导引镜头总视场为±20°、线性视场为±10°、目标大小为1.5~2.4 m、探测距离为50 m~4 km、测角精度优于0.2°,能够满足激光导引的需求。     

中红外高能激光探测单元

基于光电导探测原理,分析了影响室温光导型InSb探测器在中红外激光功率参数测量中的因素,得到了材料掺杂数密度、环境温度对探测器暗电阻、光谱响应率和光谱探测率的影响规律;开展了探测器在强激光辐照下的热效应理论模拟和实验研究,模拟分析了探测器在激光辐照下的动态响应特性。结果表明:针对测量系统中所使用的探测器,在激光功率密度小于4 W/cm2时,激光热效应对测量结果的影响可忽略;研制了相应的恒流源驱动电路,实现了中红外高能激光功率参数的探测。     

大气激光通信中稳定跟踪技术研究

为了研究大气激光通信中稳定跟踪所采用的器件及有效跟踪方法,分析了光束定位探测器件(电荷耦合器件和四象限光电探测器)的灵敏度特性,结合影响大气激光通信跟踪系统性能的五种大气湍流效应,分别讨论了光束漂移、光强起伏、光斑弥散、到达角起伏及光束扩展的原理.对质心跟踪算法和形心跟踪算法定位准确度的影响进行分析,得到在大气条件下形...     

大视场四象限探测光学系统设计

为了实现大视场激光探测跟踪,分析了大视场激光探测光学系统的研制特点。首先,根据四象限探测对光学系统光斑均匀性的要求,结合系统的指标参数,选定合理的光学结构型式,提出像差校正的设计方案。然后,基于ZEMAX软件完成大视场四象限探测光学系统设计,并利用点列图、光线足迹图、包围圆能量定性评价系统光斑质量;通过TRACEPRO光学分析软件,得到探测器靶面的光线照度分布。最后,依据设计结果完成光学系统的加工装配及性能测试。测试结果表明：激光探测系统线性视场为±6°,测角精度优于0.15°,并根据实测数据针对线性视场进行曲线拟合,与理论曲线相符,验证了设计结果的正确性。     

死区对四象限跟踪传感器跟踪精度的影响

介绍了四象限跟踪传感器原理后, 分析了存在噪声和死区条件下的四象限探测器的光斑能量探测率、质心探测误差和光斑位移敏感度, 推导了此时四象限跟踪传感器跟踪误差的理论公式, 并通过实验证明了理论分析的正确性. 理论分析和实验的结果都表明, 在相同的噪声情况下, 质心探测误差和位移敏感度都随着光斑的高斯宽度与死区宽度之比减小而增大, 但是位移敏感度增大的趋势要小于质心探测误差增大的趋势, 它们共同作用的结果就导致了光斑的高斯宽度与死区宽度之比越大, 四象限跟踪探测器的跟踪误差越小.     

高能激光对四象限制导器件的影响分析

为了有效地实施激光干扰,需要确定高能激光对四象限制导器件的影响。分析了由高能激光诱导的四象限制导器件的温升分布。理论分析和数值计算表明,在持续的强激光作用下,会造成光电材料的硬损伤。利用典型的比例导引跟踪系统的系统函数,验证了高能激光对四象限制导器件实施激光干扰的有效性。     

像差对激光制导目标方位探测精度的影响

激光半主动寻的制导武器在现代战争中发挥了重大的作用。在研究和分析四象限探测器探测目标方位的工作原理和实质的基础上,通过研究和分析激光半主动寻的制导武器的光学系统由于像差的存在导致目标方位探测误差的机理,得出一些重要结论。同时,根据一套实际光学系统参数,计算出了由于像差引起的目标地面偏差的数据曲线。本文为激光半主动寻的制导武器的光学系统设计以及其目标方位探测精度分析提供了重要的参考依据。     

Investigation of positioning algorithm and method for increasing the linear measurement range for four-quadrant detector

The paper studied the relationship between the light spot position and the output voltage in the case of laser spot which is in the four-quadrant (4Q) detector whose shape is circle or elliptic, energy distribution uniform or Gaussian. The study is based on add–subtract algorithm, diagonal algorithm and difference over sum (Δ/∑) algorithm. By using methods of polynomial fitting it can get a simple polynomial expression to enhance measuring speed and the simulation error is given. A method of using Binary Optics Elements (BOE) to shape the laser beam in the 4Q detector to square light spot with uniform intensity distribution is proposed to expand linear measurement range. The simulation result is verified for a circular spot with Gaussian energy distribution.     

四象限光电检测系统的定位算法研究及改进

在相同硬件条件下,四象限光电检测系统的线性区间和响应灵敏度等会因算法不同而产生差异。首先分析光斑定位的常用算法,通过数值积分和曲线拟合得出具有高斯分布的激光光斑位移量在不同算法下的修正曲线,设计制作了一套精度较高的数字式四象限光电定位系统,并使用该系统验证了理论推导结果。     

基于LitghtTools的激光四象限探测系统仿真

激光四象限探测系统是激光制导武器的重要组成部分,在设计阶段对其性能的准确评估有利于设计方案的迭代和优化。采用LitghtTools软件对四象限探测系统进行了仿真建模。通过建立目标模型、光学系统模型和四象限探测器模型,可以有效地对系统进行仿真,并结合四象限探测系统原理,得到角度偏差的和差比幅值;建立的模型可以对系统的杂散光进行仿真,评估杂散光对系统的影响;另外,还可以模拟激光散斑效应,分析散斑特性对探测系统输出和差比幅值的影响,通过LitghtTools软件建模和仿真为设计优化提供了准确的依据。最后,通过实验对仿真模型进行验证,在±15°范围内仿真得到的和差比幅值和实验结果基本一致。     

基于四象限光位置检测器的同步光位置测量系统

 为了克服现有双丝型检测器无法进行水平、垂直两个方向同时测量同步光位置的缺点,合肥光源新研制了基于四象限光位置检测器的同步光位置测量系统,并使用对数比处理技术进行后续的数据处理。通过分别对光学成像系统和四象限光位置检测器的标定,最终得到基于四象限光位置检测器的光位置测量系统的性能参数为:水平方向灵敏度0.471 2 mm^-1,线性范围为±1.83 mm,垂直方向灵敏度0.635 0 mm-1,线性范围±1.32 mm。与合肥光源现有的光位置测量系统相比,具有较高的性价比。     

波段外10.6μm激光辐照中红外PV型HgCdTe光电探测器机理分析

用波长为10.6μm的波段外连续波激光辐照PV型HgCdTe中红外光电探测器,得到了不同辐照功率密度下探测器的响应输出随激光功率密度变化的一系列实验结果。观察到探测器对波段外激光的电压响应方向与波段内激光的电压响应方向相同,随波段外激光功率密度升高,探测器的电压响应值先增大后减小。分析认为:该现象是由于探测器材料的弱吸收和基底材料的强吸收在不同时刻产生的不同的温度梯度,与材料的整体温升共同作用的结果。该温度梯度在探测器内产生温差电动势,而热激发的电子空穴对在温度梯度的作用下定向运动被结电场分离,产生热生电动势,热生电动势是波段外激光辐照下PV型探测器中电动势产生的主要机制。