基于插值法的四象限探测器测角算法设计与实现方法分析

四象限探测器测角系统需要同时满足系统反应时间短和误差小的要求.在分析了四象限探测器测角现有算法的基础上,提出了将插值法和传统算法相结合的一种改进算法,测角误差较小且容易实现.设计了适合实际应用的一套测角系统:模拟信号接收后,首先进行放大、去噪、相关检测等处理.随后进行模数转换,这一部分电路设计为目标方位检测电路;得到数...     

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.     

四象限探测仪测角新算法

实验结果表明,传统的四象限探测仪测角算法具有较大的误差。既使落在各个象限的光斑面积均未到饱和,最大误差也在二十角秒以上。本文给出一种新的四象限测角仪测角算法,这种算法不仅可用于在线测量,而且可使最大测量误差降低到2.3761角秒。     

机载武器四象限测角制导新算法

通过对传统四象限测角算法误差的分析，提出了一种用于机载武器的四象限测角的高精度快速跟踪算法，并对其进行了分析。     

激光导引头四象限探测器测角精度的建模研究

四象限探测器对目标的测角精度直接影响激光制导武器的制导精度,因此研究四象限探测器测角精度十分重要。采用计算和仿真分析的方法,基于导引头入瞳处脉冲峰值功率密度服从均匀分布,噪声干扰电流服从高斯分布,建立了激光导引头光束偏转角误差模型;但由于噪声干扰使光束偏转角误差具有随机概率性,所以将光束偏转角误差的均值和标准差作为四象限探测器测角精度的衡量标准,分别建立了光束偏转角误差的均值和标准差与导引头光学系统参数、光斑半径、漫反射激光入射角、噪声干扰电流以及导引头入瞳处脉冲峰值功率密度之间的关系,并以导引头光束偏转角误差标准差为例,结合应用背景进行了仿真分析。     

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。     

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。     

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。     

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。     

四象限探测器角跟踪误差对激光制导的影响

依据四象限探测器对目标进行主动探测时的角跟踪误差计算公式,得出了适合于半主动制导时角跟踪随机误差的计算方法,并以激光半主动制导导引头为例,计算了随机误差对导引头跟踪精度的影响.     

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。     

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。     

四象限探测器在空间激光通信中应用研究

研究了不同模式光斑对四象限探测器(QD)工作的影响,重点分析了高斯光斑对探测灵敏度的影响。搭建实验系统用扫描偏转镜及辅助CCD相机完成了对其性能测试实验。实验表明,形心算法的检测精度为质心检测精度的5倍;在极限探测灵敏度下,QD只能实现二细分,采用平滑滤波可以改善其细分能力;在高信噪比条件下可实现位置分辨力为1.6μm,角度分辨率为0.8μrad。同时研究了不同光斑大小、不同强度背景光对器件的影响。     

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。     

基于四象序列的最大熵原则的光轴对准方法

四象限探测器目前被广泛应用于空间激光通信中的对准过程,但由于大气湍流的不良影响,激光穿越大气在接收系统成像的时候,光斑产生形变以及破碎等不良影响,这严重地限制了四象限器件的对准精度。由于四象限探测自身所能提供的光斑信息较为单一,相较于CCD器件,其处理自由度较小。在分析研究基于CCD的序列光斑检测方法的理论基础之上,提出了一种基于四象限探测器的光轴对准方法。通过统计某一段时间内四象限器件所输出的脱靶量值的范围,并根据其在不同象限的分布概率计算出相应象限的熵作为加权系数,对原有计算公式进行加权计算,利用象限探测器高帧频的优势弥补原本单一的信息,从而完成对大气湍流影响的抑制作用,并搭建实验平台,最终验证该算法可以显著提高四象限器件的探测精度。     

四象限精跟踪光轴检测模型与误差分析

研究了四象限精跟踪光轴检测模型,推导出大气环境下系统固有分辨精度与细分精度的关系,在此基础上指出提升检测系统固有分辨率的方法,有效降低光强闪烁影响;同时,讨论了大气湍流误差、背景光学误差、电子干扰误差产生的原因以及与系统信噪比之间的关系,针对不同误差给出相应补偿办法并进行仿真。仿真结果表明,背景光误差与信标光信噪比、光轴偏差量直接相关;减小系统滤波器带宽,可抑制电子干扰误差;弱大气湍流条件下,增大接收光学口径,能有效抑制信号衰落。     

新型四象限设计及其光斑参数测量方法

针对自由空间光通信中对信标光进行快速、准确定位的要求,基于一种新型四象限探测器设计,提出了采用归一化函数方法获得光斑参数。首先,根据电流与相应光斑面积关系之比,可以得出光斑半径;其次,利用归一化函数的方法获得光斑中心偏移量的估计量;再次,采用查表法简化了函数的运算复杂度;最后,利用误差分析方法得出光斑中心偏移量的估计误差。理论分析和仿真表明,该方法能够精确地估计出光斑的半径和位置,光斑半径估计误差在±0.01%以内,光斑位置的估计误差在±0.005%以内。算法计算复杂度低,测量跟踪速度快,定位准确,可以广泛应用于自由空间光通信。     

四象限探测器用于激光跟踪仪目标脱靶量测量

介绍了基于四象限探测器的激光跟踪仪目标脱靶量测量系统。根据四象限探测器的工作原理和跟踪激光的光斑特性,分析得出目标脱靶量与四象限探测器输出电流信号的关系为非线性。针对非线性关系不易快速解算的难题,文中采用了分段线性插值算法。使用高精度位移平台对测量系统进行标定并开展了测量实验。结果表明,该系统测量速度快,每秒测量次数可达600次以上;测量精度高,在±500μm量程范围内测量精度可达5μm。该系统可以广泛应用于需要微小位移测量的相关领域。