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。

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。

四象限探测器光斑检测原理及其研究进展

光斑检测技术在现代科学研究与应用中扮演着重要角色,四象限探测器由于其具有探测灵敏度高、信号处理简单和抗干扰能力强等优点,在光斑检测技术中得到了广泛的应用,是捕获、跟踪和瞄准系统中的关键器件。首先介绍了光斑检测中常用的光斑模型和四象限探测器检测光斑原理,然后分析了国内外在四象限探测器检测光斑方面的研究成果,以及影响四象限探测器检测光斑精度的因素和常用的光斑检测算法,同时介绍了四象限探测器的光斑检测系统,包括光束对准检测系统、四象限探测器跟踪通信复合系统和微纳激光通信系统。最后,展望了光斑检测技术的发展前景。

激光测角装置光学系统设计与验证

首先对激光测角原理进行了分析介绍,结合激光测角装置大瞬时视场、大线性区范围和高测角精度的要求,通过研究和分析激光测角装置光学系统像差控制方法,针对特定激光测角装置光学设计要求,通过对光学系统设计参数的分解,利用光学设计软件设计了一套激光测角装置光学系统,针对设计结果提出全面的设计结果评价方法,分别对光斑直径、光斑圆规则度、畸变、能量分布均匀性等设计结果参数进行评价,并利用设计的验证方法对测角范围、线性区范围和测角精度进行仿真验证,仿真验证结果表明设计光学系统测角范围可达±18°,线性区范围可达±7°,测角精度小于3 mrad,满足测角装置对测角范围、线性区范围和测角精度的要求。

基于STM32的激光目标追踪系统设计

由于目标追踪系统在运动过程中会出现追踪中心与目标的偏移增大问题,导致追踪误差高,因此,设计一种采用探测器作为目标标志的激光目标跟踪系统。利用探测器采集追踪激光信号,并传递给STM32。STM32对信号运算处理,伺服电机调整追踪激光器角度。结合光斑中心定位程序算法设计,完成对目标的跟踪。实验表明,设计系统的X轴和Y轴偏移量都低于现有系统,且设计系统的偏移量只由相对速度决定,与速度无关,证明了设计系统在运动平台下运行的可行性。

面向空间应用的四象限探测器筛选系统

空间科学仪器广泛使用基于四象限光电探测器的太阳导行镜指向跟踪系统来实现对日精确指向控制。为满足对日指向高精度高稳定性需求,提出面向空间应用的四象限光电探测器筛选方法,研制针对四象限光电探测器的筛选系统。通过对比筛选试验前后四象限探测器的暗电流、响应度及象限响应度均匀性等参数变化,依据判别准则分析探测器的空间环境适应性,剔除可能存在的早期失效或性能差异变化较大的探测器。试验结果表明:研制的筛选系统具有高准确度,系统前端等效输入电流噪声为0.58 f Arms,通过筛选试验后依据评估标准最终优选的四象限光电探测器各通道暗电流绝对值最大值为6.08 p A,各通道的响应度变化最大值为0.716%,各象限响应度非一致性筛选前后变化最大值为1.24%。最终将该四象限探测器应用至太阳导行镜指向跟踪系统上,满足航天环境条件的使用要求。该筛选装置及筛选方法可实现对面向空间应用的四象限光电探测器的筛选,且对其他光电器件筛选具有借鉴意义。

四象限探测器非均匀性定位误差分析及矫正

为了减小四象限探测器系统定位误差影响以提高探测精度,在探测器输出电压与偏移量计算的基础上,使用对角算法以增加计算的有效线性区域范围,针对背景光噪声、暗电流噪声与四象限非均匀性建立算法模型,设计能够修正模型中各类误差影响的软件算法,改进了系统定位误差参数的标定方法,搭建实验平台计算标定修正后的偏移量,并与实际偏移量进行对比,修正后定位误差影响可由15%减小至10%内。实验验证表明经改进后的算法可以提高四象限探测器检测精度。

基于四象限探测器的地面形变特征提取算法

由于现有特征提取方法没有充分考虑噪声信号的影响,导致提取结果中存在大量冗余数据,提取结果存在一定的偏差,且特征提取耗时较长,为此提出一种基于四象限探测器的地面形变特征提取算法.采用四象限探测器对地面形变位置进行定位,运用小波变换方法去除由环境噪声与相关设备干扰形成的噪声信号,去除其中的冗余信息.根据噪声去除结果基于激光点云建立地面形变特征提取模型,实现地面形变特征提取.实验结果表明,该方法的特征提取结果偏差比例始终低于4%,远低于传统方法,且特征提取耗时较短,充分说明该方法的应用价值.

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。

像散法对微位移和微振动的实时测量

提出了一种通过对光学像散量的检测来实现对物体的微位移和微振动进行实时非接触测量的新方法 该方法采用四象限光电探测器测量由于物体相对于光学系统焦点的偏离而引起的像散量 ,参照已标定的物体位置与像散量之间的关系 ,可计算出物体的实际位移或振幅 利用这套系统对压电陶瓷片的振动状态进行了测量 ,得到了振动的振幅及频率 测量结果表明 ,该系统的测量灵敏度优于

激光半主动制导导引头光学系统的设计

根据四象限探测器的工作原理,激光半主动导引头光学系统所成光斑需均匀分布在探测器靶面上。首先分析此类光学系统像差特点,提出像差的设计方案,然后通过使用CODE V设计一套光学系统,利用痕迹图、包围能量等定性评价系统光斑质量。在不同视场时,通过LightTools光机分析软件追迹1×106根光线,得到探测器靶面的光线分布,利用Matlab处理数据并绘制角度-输出响应曲线,利用该曲线可精确评价探测器靶面的光斑性能。

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。

太阳自动跟踪系统的研究与设计

为提高太阳能的转换效率,设计了基于四象限探测器的太阳跟踪装置,采用视日运动轨迹跟踪与光电跟踪相结合的方式对太阳进行跟踪,利用光电二极管检测作为反馈实现两种跟踪方式间的转换。设计了一套能自动使太阳能电池板与太阳光线保持垂直的跟踪系统,实现了最大效率的太阳能利用。试验结果表明,该系统跟踪精度高,可实现各种天气状况下全天候全自动跟踪,跟踪器稳定,效果满意。

空间光通信探测技术中象限探测器(QD)的研究

在空间光通信中,捕获、跟踪、对准(Acquistion,Tracking and Pointing-ATP)是实现空间光通信的关键技术,故而该技术日益成为研究的热点。在ATP技术中用来实现目标捕获、跟瞄的光电传感器件大致有三种,即PSD(Position Sensitive Devices)、QD(Quadrant Detector)和CCD(Charge-CoupledDevice)。在这些传感器之中,最简单、最有效也最常用的便是QD。本文对QD在探测中的性能进行了具体的分析和研究。

基于太阳跟踪的自动光谱采集系统研制

针对太阳光谱采集过程中光谱仪镜筒固定而无法实现跟踪采集的问题,研制一种基于太阳跟踪的自动光谱采集系统。采用四象限传感器作为太阳跟踪探测器,实时跟踪定位太阳方位角,并利用探测器输出的光电信息进行计算,进而控制电机转动,利用反射镜把任意时刻的太阳光反射到光谱仪的镜筒,实现了太阳光谱的连续采集。实验验证,该系统运行稳定,可靠性高,精度在0.05°以内。

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。

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。

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.

全捷联激光制导寻的器测角精度分析与优化

为了降低激光制导武器系统成本并保证打击精度,设计了全捷联激光制导寻的器,并对影响打击精度的关键技术指标测角精度进行了研究。首先对影响测角精度的主要因素增益控制进行了分析,通过对四通道可变增益放大器进行增益标定和最小二乘拟合得到增益控制曲线,接着讨论了离散量控制下增益补偿的方法及误差,仿真计算得到不同配置模式下增益补偿前和补偿后的光斑重心计算误差。对全捷联激光制导寻的器进行激光照射测角试验,结果表明,增益补偿后能够消除系统误差约5.6 mrad,在中心线性视场范围内,测角精度达到2 mrad。该系统满足某机载轻型空地导弹对激光制导寻的器测角精度的要求,为精确末制导提供保障。