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%.

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。

激光导引头中基于四象限探测器的光学设计

介绍了四象限探测器用于激光制导的工作原理,根据激光制导的技术要求和四象限探测器的工作特性,分析了基于四象限探测器进行空间定位的导引头中光学接收系统的原理及特点。依据系统指标,采用序列性光线追迹和非序列性光线追迹相结合的方法,设计了一种±4°线性接收视场内光斑均匀性大于75%,±1.5°接收视场内光斑均匀性大于90%的接收光学镜头,同时镜头在±4°线性接收视场内光斑直径偏差小于±0.05mm。镜头设计结果既满足设计要求又结构紧凑,对此类镜头的光学设计方法进行了探索总结[1]。

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。

近红外增强低串扰四象限探测器技术研究

黑硅四象限光电探测器结合了黑硅技术与四象限探测器技术,与传统结构四象限光电探测器相比,具有更高的灵敏度、更宽的响应光谱范围和更快的响应速度,可有效提高激光制导武器的探测距离与探测精度,在国防军事领域具有突出的应用价值和广阔的应用前景。本文四象限探测器采用硅材料制作,硅材料本身对波长大于1000nm光子的吸收能力差,导致器件的近红外响应低。黑硅结构从紫外光(波长250nm)到近红外光(波长2500nm)都具有高吸收率,可以增强硅基四象限光电探测器近红外响应灵敏度。本文研制的像元串扰抑制结构,可以有效的防止像元边缘的光生载流子扩散入邻近像元,从而形成串扰,退化器件性能。本文基于湿法腐蚀的黑硅制作技术,隔离沟槽和截止环复合结构串扰抑制技术,研制了近红外响应增强低串扰四象限探测器。研究结果表明,在400nm-1060nm波长范围内,研制的黑硅反射率小于2%,器件响应度达到0.55A/W@1060nm,像元间串扰小于2%@1060nm。

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。

用四象限光电探测器获得光斑参数

对四象限光电探测器的信号处理方法进行了研究。分析了用四象限光电探测器获得光斑参数的方法,研究了其各项指标及误差来源,提出了一种新的采用微动法的四象限光电探测器光斑参数的计算方法,并与传统方法进行了比较。采用微动法获取四象限光电探测器的光斑参数,不仅能够得到光斑的光心坐标,还能够计算出传统方法得不到的光斑的半径,增加了信息量。与传统的方法相比,该方法具有误差与光斑中心位置、光斑半径无关的优点。理论分析、仿真和实验都证明,采用四象限光电探测器获得光斑参数的方法具有相当多的优点。获得的参数由两个增加到三个,采用Φ30mm的GaAs-PIN四象限探测器时,最大误差由18%减小到1.2%以下,将其应用于车辆间大气激光通信光电精定位系统中证明,响应时间可减少30.75%。

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.

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.

一种基于四象限光电探测器的对准新方法

在分析四象限光电探测器工作原理的基础上,提出了一种利用2个四象限光电探测器实现掩模板对准的新方法。激光器与四象限探测器位置固定,掩模板处于激光器与四象限探测器之间。透过掩模板上的2个透光米字形标记,激光光束照射到四象限探测器的光敏面。根据2个四象限探测器的输出,计算出掩模板的位置和姿态偏差,通过运动平台调整掩模板的位置和姿态,实现对准。

四象限光电探测器用于表面形貌测量的研究

提出了一种PIN田字形四象限光电探测器接收激光干涉条纹的空间布置方法。利用积分分析法分析了在理想干涉条纹下,条纹宽度d和条纹旋转角度β与光电探测器差分信号幅值和相差的关系,并给出了满足正交条件的合适的条纹宽度d以及对应的条纹旋转角度β。设计了PIN型四象限光电探测器用于三维表面形貌测量的前置放大电路。实验应用结果表明,PIN型四象限光电探测器的差分信号能满足计数和细分要求,用于拾取激光干涉条纹能达到纳米级分辨率,能满足微纳米表面形貌测量的要求。

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。

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。