基于四象限探测器的光束稳定系统有效带宽测试(特邀)

详细探讨了一种基于四象限探测器的光束稳定系统的带宽测试。文章首先介绍了光束稳定系统的工作原理、重要性以及主要应用场景。随后,对光束倾角传感器,尤其是四象限探测器的工作原理、优势以及在光束稳定系统中的应用进行了详细的阐述。接着,文章详细介绍了光束稳定系统的组成、工作原理及其在实际应用中的重要性。在系统测试部分,详细描述了测试环境、方法以及测试结果。测试结果显示,基于四象限探测器的光束稳定系统,X轴有效抑制带宽为138.35 Hz,Y轴有效抑制带宽为131.96 Hz。最后,对测试结果进行了总结,并提出了未来工作的展望。

四象限探测器定位算法优化

针对经典四象限探测器定位时采用各象限电流的比例关系近似为对应光斑在各象限内偏移量的比例关系,导致定位不准确和线性度差的问题,通过建立光斑中心坐标系的方式,提出了光斑中心位置关系与四象限探测器各象限面积的表达式,并通过近似反函数表达的形式,对准确表达式得出数据进行拟合,得到四象限各象限中光斑面积与光斑中心坐标关系的表达式.仿真校验结果表明:相对于经典光斑定位算法,在原误差最大值处误差占比减小了27%.

一种用于激光制导的高灵敏度制冷型APD四象限探测器组件

设计并制作了一种硅雪崩光电二极管(APD)四象限探测器芯片,基于该芯片研制了一款新型高灵敏度制冷型APD四象限探测器组件;创新性地将探测器芯片、热电制冷器、前置放大电路和增益控制模块集成在带光窗的金属外壳中;该组件制冷加热速度快,在-45～70℃环境温度内可使器件恒定工作在10±2℃。测试结果表明,相对于传统的PIN四象限探测器组件,由于APD探测器本身能产生雪崩增益,该组件的灵敏度提高了近两个数量级,作用距离更远。

激光半主动制导中光斑对四象限探测器定位精度影响分析

针对激光半主动制导中,光斑的实际位置、大小及能量分布等因素影响探测器定位精度的问题,基于四象限探测器的光斑位置检测原理,建立了探测器检测位置与光斑实际位置的关系模型,在控制背景光为定值的条件下,通过弹目距离的变化改变光斑半径,仿真了激光传输距离和导引头光学系统焦距与定位误差之间的关系。仿真结果表明:激光远场传输条件下距离变化所引起的定位误差变化缓慢;在弹目距离一定时,短焦条件下焦距变化所引起的定位误差小于长焦条件下的焦距变化,且短焦条件下光斑的误差更容易控制在允许范围内。

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。

四象限探测器用作激光准直的特性分析

以四象限光电探测器用作激光准直为例,对其探测原理、光电转换特性、影响探测精度的因素进行了理论分析。用数值模拟、实验验证了分析结果,并对影响探测精度的因素进行了深入的探讨,从而为四象限探测器用作激光准直提供了有力的理论依据。

四象限探测器的特性测试

研究了用四象限探测器检测光斑中心位置时,入射光斑的各种特性和外部环境对象限探测器输出产生的影响。通过理论推导得出了入射椭圆高斯光斑时光斑中心位置与探测器输出的关系公式及检测灵敏度公式;搭建实验系统完成了室内及野外测试实验。实验结果表明,室内环境下探测器具有较高的检测精度与细分能力;在极限灵敏度下通过数字滤波可以使器件具有36细分的能力;测量了象限探测器的电压特性,完成了背景光特性、光斑大小特性、信噪比特性测试实验。野外实验表明,光强闪烁对探测器影响很大,当大气折射率结构常数为10-16时,距离在830 m时器件仅具有7细分能力,距离在12.5 km时基本没有细分能力,已经无法进行光斑检测。

脉冲激光四象限探测器测角不确定性统计分布

针对噪声信号对脉冲激光四象限探测器(QPD)数字式测角算法产生的影响,分析了激光四象限探测器测角不确定性统计分布规律.建立了激光测角电路通道模型和QPD光敏面光斑模型,并根据随机噪声类型和理想信号类型,建立了单通道可测信号模型.考虑到QPD的对称性,对不同的理想信号时域分布类型、光斑总峰值功率、理想信号半峰宽度和等效噪声电压概率密度标准差等四种变量,在θ∈[0,π/4]的范围内通过蒙特卡罗仿真实验方法计算了五个不同光斑中心的QPD测角αy值的统计分布规律.仿真结果表明:测角αy值的统计分布呈正态分布,并被四种变量影响;特别是被单象限信噪比显著影响.光斑中心越靠近坐标轴中心,QPD测角精度越高;光斑中心不在坐标轴中心附近时QPD的测角αy的统计分布均值都小于理想测角值.

背景光对四象限探测器干扰的研究

给出了四象限探测器 (QD)光电探测原理 ,从理论上详细分析了背景光干扰下对位置探测精度的影响 ,得出位置误差与测量位置存在线性关系、与信噪比几乎存在反比关系 ,并用实验验证了分析结果。最后提出了减小背景光影响的几种措施。

采用四象限探测器的智能跟踪定位算法

为了提高跟踪定位系统的跟踪精度与响应速度,提出了一种增益可调的快速跟踪定位(GAFT)算法,以实现对目标的快速定位及在信号较弱时的精确定位.该算法首先根据目标在四象限探测器上光斑成像的大小、位置与输出信号间的关系,确定光斑在探测器上的线性变化区间,并在此区间上得到光斑移动与信号变化的对应关系,再实时采集光斑在4个象限上的信号之和,作为目标光斑信号强度,然后计算光斑信号强度的变化率,采用自适应学习的方法得到信号强度的变化趋势,根据该趋势对信号增益进行动态调整,从而提高信号的分辨率和跟踪精度.实验数据表明,GAFT算法在线性工作区间中通过改变光斑半径及调整光斑的信号强度等措施,可以将跟踪精度提高到0.049 7mm.

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;得到数字信号后,对其进行计算处理以得到偏移量,这部分系统以浮点DSP TMS320C6713为核心数字信号处理器,设计了6713的最小系统。另外,给出了以取13个特征点为例用反插值法设计的算法程序。

一种基于四象限探测器的深孔直线度测量方法的研究

介绍了以半导体激光光束为测量基准,采用四象限探测器进行深孔直线度检测的原理和方法。重点针对实际激光器近似于椭圆形状的入射光斑,推导了输出电压与椭圆光斑中心的变化规律,分析了光斑椭圆度对测量误差的影响,论证了方案的可行性与可靠性。

四象限探测器的激光破坏及其对光学制导的影响

利用ＹＡＧ脉冲激光器对硅光电池四象限探测器进行了激光破坏实验，证实了破坏后的探测器用于方位角探测时相当于引入了一个固定的角偏差，并讨论了将其用于光学制导时对导弹脱靶量的影响。

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%。

采用四象限探测器的双轴跟踪控制技术

采用四象限探测器作为位置传感器,设计出以DSP作为控制器的双轴跟踪控制试验演示系 统。通过误差数据采样、计算和比较,在反馈作用下对误差修正,以快速扫描系统和大范围扫描系统构成的双轴联合机构实现运动目标的捕获跟踪。试验结果表明,该系统能够快速捕获并平稳跟踪合作目标,且调试方便,可靠性好,为下一步工程化奠定了基础。

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。

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。

基于四象限探测器的掩模版对准检测与控制

提出一种基于可编程控制器和四象限探测器的集成电路掩模版对准系统.该系统采用两个四象限探测器构成对准检测装置,实现对掩模版对准误差的实时检测.通过合理选择对准检测装置的安装位置与姿态,实现对准误差与掩模版运动之间的解耦.对准过程中,根据检测到的对准误差,由可编程控制器对传输机械手的位置和姿态进行调整,从而改变掩模版相对于对准检测装置的位置和姿态.对准控制采用阶梯步长逐步逼近算法,并且引入了机械手姿态调整后的补偿控制,以提高对准效率.实验结果表明,该检测与控制系统工作安全可靠,对准速度快,精度高.

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1.54～1.57μmInGaAs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0.90A/W,响应时间为2ns,暗电流低于5nA,象限串扰达到1%(象限间隔20μm),象限均匀性为4%。