基于象探測(cè)器的光斑中心定位算法研究.pdf

1、象探測(cè)器(QuadrantDetector,QD)是一種以“光生伏特效應(yīng)”為核心的位置探測(cè)器，由于其具有探測(cè)靈敏度高、信號(hào)處理簡單和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、測(cè)繪、天文、通信、工程測(cè)量等許多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。象探測(cè)器定位算法已有多種，在不同的光斑模型下，算法的線性范圍、靈敏度等均有差異。實(shí)際應(yīng)用中會(huì)對(duì)測(cè)量性能有不同的要求，因此對(duì)實(shí)際光斑模型下的不同算法進(jìn)行仿真比較，找到最能滿足應(yīng)用需求的算法以提高探測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量范圍、測(cè)量精度等是一

2、項(xiàng)重要工作。傳統(tǒng)定位系統(tǒng)模型多為能量均勻分布或高斯分布的圓形光斑，多采用加減算法和對(duì)角線算法，并使用硬件方法實(shí)現(xiàn)，不僅增加了成本、局限了算法的使用且誤差較大，系統(tǒng)靈活性差。
　　 本論文主要以四象限探測(cè)器為對(duì)象研究了光斑中心定位算法，做了如下相關(guān)工作:
　　 (1)對(duì)常用的光斑中心定位探測(cè)器CCD、PSD和QD進(jìn)行了比較，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為探測(cè)器種類的選擇提供了參考。介紹了象探測(cè)器的主要性能參數(shù)，為具體應(yīng)用中象探測(cè)器

3、的選型給出了依據(jù)。
　　 (2)結(jié)合實(shí)際使用的激光器及四象限探測(cè)器性能參數(shù)，設(shè)計(jì)了包括中性衰減片、光斑壓縮部分（倒伽利略系統(tǒng)）和光斑調(diào)節(jié)部分（柱面鏡）的光學(xué)系統(tǒng)，能夠得到一半軸長度為1.248592mm（四象限探測(cè)器邊長6mm），另一半軸長度連續(xù)可調(diào)的能量高斯分布的橢圓光斑，為算法仿真提供了光斑模型。
　　 (3)研究了四象限探測(cè)器的加減算法、對(duì)角線算法、△/Σ算法和對(duì)數(shù)算法。在此基礎(chǔ)上建立了能量為均勻和高斯分布，形狀為

4、圓形、橢圓形的光斑模型的中心定位算法。分析了影響四象限探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)精度的因素。
　　 (4)討論了四象限探測(cè)器的加減算法、對(duì)角線算法、△/Σ算法和對(duì)數(shù)算法的應(yīng)將電路連接方法。使用已有的硬件系統(tǒng)測(cè)量了能量高斯分布的圓形光斑的定位數(shù)據(jù)，并用擬合的方法得到了實(shí)際的定位曲線。
　　 (5)假設(shè)光斑半徑為r，在討論的四種算法中，使用加減算法，線性范圍為2r，使用對(duì)角線算法，線性范圍會(huì)擴(kuò)大到2(√2)r。對(duì)角線算法線性范圍最大，但仍