激光跟踪仪目标脱靶量精密探测方法

激光跟踪仪是一种用于大尺寸空间精密几何坐标测量的重要光学测量仪器。PSD是激光跟踪仪实现对合作目标精密跟踪的脱靶量传感器件,其探测精度直接影响跟踪测量性能。首先,简要介绍了激光跟踪测量系统及基工作原理,然后根据系统需求提出了脱靶量精密探测方案。重点讨论了I/V变换、信号放大、滤波、参数匹配等硬件设计方法以提高PSD输出微弱电流信号的稳定性,研究提出了基于FPGA和有限状态机的去极值平均滤波算法和扩展除法运算算法分别用于降低噪声干扰与提高测量精度;数据表明在4mm4mm的区域内脱靶量探测稳定度优于2m。采用该方法实现激光跟踪仪对合作目标的动态跟踪,很好地满足了激光跟踪仪的精密快速跟踪需要。     

飞秒激光跟踪仪跟踪脱靶量零位标定方法

飞秒激光跟踪仪通过PSD探测脱靶量实现目标跟踪,脱靶量零位是跟踪激光指向反射靶球的中心时反射激光在PSD上输出的光斑位置,跟踪时以脱靶量零位作为基准计算目标脱靶量,因此如何准确标定脱靶量零位是仪器实现精确测量的前提。文中在分析角反射器特性的基础上,结合仪器自身特点提出了一种基于角反射器的飞秒激光跟踪仪跟踪脱靶量零位标定方法。分析了脱靶量零位误差对仪器指向精度的影响;建立了跟踪脱靶量标定误差模型;根据仪器结构设计和轴系几何误差对脱靶量零位标定方法进行了仿真,结果显示,其误差小于17.8 m,当目标距离仪器10 m时,仪器的指向误差小于1.1,该结果对系统误差补偿模型建立奠定了基础。最后,基于实际装置对仪器的脱靶量零位进行了标定,为后续仪器的动态测量提供了跟踪基准。     

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。     

四象限探测器测角算法分析与改进

四象限探测器测角误差是影响激光跟踪系统精度的关键,因此算法设计是提高跟踪系统跟踪精度的根本。首先分析了消除光学系统四象限探测器测角误差的几种算法,随后在不考虑非均匀性的影响下的条件下,提出了将插值法和传统算法相结合的一种改进算法,测角误差能控制在0.1°之内且容易实现。     

基于四象限探测器进行太阳跟踪的偏差分析

为了实现基于四象限探测器的太阳自动跟踪,首先分析了四象限光电探测器工作原理,并说明了选择四象限探测器的依据,介绍了使用四象限探测器进行太阳跟踪的装置,深入研究了太阳光斑几何位置与小孔光阑、四象限探测器安装位置可能存在的偏差影响,对四象限探测器与Ⅰ-Ⅴ转换电路系统进行了一致性分析,评价了一致性对跟踪精度的影响,最后介绍了跟踪时四象限探测器电压值存在偏差的原因和合理性.实验证明,基于四象限探测器的跟踪装置适用于高精度太阳跟踪.     

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。     

激光损伤四象限探测器对制导武器的影响

对激光损伤四象限探测器对制导武器的影响进行了研究。首先,简述了激光硬损伤光电探测器机理和四象限探测器目标探测定位原理;接着,建立四象限探测器模型,针对不同损伤情况,计算了归一化探测曲线和探测器偏移量;然后,将不同损伤情况下的角偏差信号送入激光制导炸弹运动控制模型,得到了不同四象限探测器损伤状态下激光制导炸弹弹道曲线;最后,分析了四象限探测器不同损伤距离下激光制导武器的脱靶量。研究表明,四象限探测器损伤程度和损伤距离都会对激光制导武器产生影响。该研究结果对大功率激光压制半主动激光制导武器效果评估有一定帮助。     

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。     

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.     

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.     

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...     

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。     

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。     

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。     

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。