四象限探测器光斑中心定位算法研究
基于四象限探测的激光跟踪系统的设计与实现
基于四象限探测的激光跟踪系统的设计与实现刘思鸣;何宁;邓德迎【摘要】为提高激光目标系统跟踪能力,提出了一种基于四象限探测的激光跟踪系统.采用四象限探测器完成光斑位置检测与目标信息接收,分析传感器光照位置的输出电流误差变化与光斑偏离光敏面中心坐标对应关系,感知和判断目标方位及运动方向,通过伺服系统的闭环控制方法,实现激光快速跟踪,利用上位机对被跟踪目标的方位信息进行图形监测.实验测试表明,采用四象限光电检测构建的激光目标伺服跟踪系统,能快速搜寻锁定目标,并实施激光指向干扰,在目标位置±20°移动变化时,系统跟踪误差约为0.1％,跟踪速度达到22.6°/s,实验结果为激光跟踪的实际应用提供一定参考价值.【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》【年(卷),期】2019(039)001【总页数】5页(P7-11)【关键词】光电探测;位置传感;激光跟踪;伺服控制【作者】刘思鸣;何宁;邓德迎【作者单位】桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004;桂林航天工业学院广西高校无人机遥测重点实验室,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TN249激光跟踪具有高精度、无导轨、大范围、实时动态等优点，它集计算技术、电子技术、精密机械、控制技术于一体，在激光制导领域有着广泛应用[1]。
激光跟踪是实现激光精确制导的基础，经过四十多年的快速发展，激光制导技术和各种激光制导武器已成为高科技的现代和未来战争克敌制胜的重要手段，其中激光制导武器系统具有制导精度高、抗干扰能力强、结构简单、成本低等优势，因而各军事大国都竞相开展研制[2]。
针对激光跟踪系统快速对准能力问题，应用位置传感器完成光斑位置检测与信息接收，通过平衡状态误差分析，采用伺服系统控制实现激光目标的快速跟踪，经实验测试，系统能获取跟踪目标的方位信息，并利用干扰激光对跟踪目标实现锁定指向，为系统应用研究奠定基础。
四象限激光制导的双光斑探测算法
ｑ ａ ｒ ｎ ｄ ｔｃｏ ， ｔ ｅ ｈ ｒ ｃ ｅｉｔ ｓ ｆ ｕ ｌ ｐ ｔ ｅｅ ｔｏ ｕ ｉ ｇ ｌ ｓｉａ ａ ｇ ｒｔｍ ｏ ｆ ｕ ｑ ａ ｒ ｎ ｕ ｄ ａ ｔ ｅ ｅ ｔｒ ｈ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｏ ｄ ａ ｓ ｏｓ ｃ ｄ ｔｃｉｎ ｓｎ ｃａ ｓｃ ｌ ｌ ｏ ｈ ｉ ｆ ｏｒ ｕｄａｔ
（ 兵 学 院 军 用 光 电 工 程 教 研 室 ，安 徽 合 肥 ２ ０ ３ ） 炮 ３ ０ １
摘 要 ：为 了 消 除 干 扰 光 斑 对 四 象 限 激 光 导 引 头 的 影 响 分 析 了 四 象 限 探 测 器 （ Ｄ） 典 算 法 用 ＱＰ 经
，
于 双 光 斑 探 测 的 特 点 ， 干 扰 光 斑 导 致 探 测 器 接 收 能 量 突 变 且 双 光 斑 能 量 中 心 偏 离 了没 有 干 扰 光 斑 即
ＬＩ Ｎｉ ｇ，ＣＨＡＩ Ｊｎ— ｕ Ｕ ｎ ｉ ｈ ａ
（ ｃｉｎ ｆＭ ｉｔｒ ｔ ｅｅ ｔ ｎｃ Ｅ ｉ ｅ ｒｎ Ａｒｉｅ ｙ Ａｃ ｄ ｍｙ Ｈｅｅ ２ ０ １ Ｓｅ ｔ ｏ ｌ ａｙ Ｏｐｏ‘ｌｃｒ ｉ ｎｇｎ ｅｉｇ， ｔｌｒ ａ ｅ ｏ ｉ ｏ ｌ ｆｉ ３ ０３ ，Ｃｈｎ ） ｉａ
ｃ ａ ｇ ｏ ｈ ｅ ｅ ｇ ｒ ｃ ｉ ｅ ｂ ｄ ｔｃｏ ｔｅ ｎ ｒ ｃ ｎｔｒ ｏ ｕ ｌ ｐ ｔ ｏ ｌｅ ｓ ｔ ｅ ｎ ｒ ｙ ｅ ｔｒ ｆ ｈ ｎ ｅ ｆ ｔ ｅ ｎ ｒ ｙ ｅ ｅ ｖ ｄ ｙ ｅ ｅ ｔ ｒ ｈ ｅ ｅｇｙ ｅ ｅ ｆ ｄ ａ ｓ ｏ ｓ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｇ ｃ ｎ ｅ ｏ ￣
四象限探测器输出非均匀性分析与矫正
四象限探测器输出非均匀性分析与矫正张骏;钱惟贤;刘泽伟【摘要】对四象限光电探测器系统的原理及其定位误差进行了分析,并提出了一种标定并修正其固有误差以及四象限非均匀性的方法.推导得出了入射光线偏移角度和输出电压的关系,并通过实验和计算得到了证实.为改善四象限探测器探测精度以及消除各项误差的影响提供了一种方法.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2016(038)007【总页数】6页(P565-570)【关键词】四象限光电探测器;目标定位;光斑偏移;定位误差【作者】张骏;钱惟贤;刘泽伟【作者单位】南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TN215四象限探测器具有灵敏度和位置分辨率高、光谱范围宽、体积小、响应快、动态范围宽等特点，因而广泛应用于激光准直、激光制导、目标定位及自动跟踪等精密光电检测系统中，通过定位目标光斑的中心位置来检测其位移量或角偏移量的大小[1]。
四象限探测器的工作精度主要受周围环境因素、目标光斑大小、光斑能量分布、器件响应差异和系统噪声所带来的四象限不均匀性的影响，本文主要提出一种算法对四象限光电探测系统的非均匀性和固有误差进行标定和修正，并通过具体实验验证了该理论和方法的可行性[2]。
四象限探测器件的基本结构如图1所示，四象限光电探测器由4个形状相同、位置对称、面积相等且性能参数也基本相同的光敏探测区域构成，当有相应波长的入射光照射在探测器光敏面上时，探测器的各个区域将输出相应大小的电信号，通过对这4个输出电信号的计算处理，可以确定入射光点照射在感光面上的坐标位置[3]。
其中象限之间的间隔区域被称为“盲区”，工艺上要求将其做得越窄越好。
盲区将4个光电二极管分为A、B、C、D四部分，探测器工作时，来自目标的入射光线经光学系统汇聚形成光斑，映射在光敏面上，形成半径为r的圆形光斑，光斑中心坐标为(x, y)。
四象限探测器光电跟踪伺服系统的研究
四象限探测器光电跟踪伺服系统的研究李芳;郭建强;何婷婷;李游;殷凯【摘要】In order to accomplishing target tracking in photoelectric way,the four⁃quadrant detector is used to detect ob⁃jects. Filtering of the signal collected by AD acquisition of single⁃chip microcomputer MSP410F169 is conducted. The speed of motor is adjusted with PID algorithm and duty ratio of PWM wave produced by MSP410F169. Through two motors,the space ro⁃tation of the tracking device is realized to track targets.% 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。
【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(000)011【总页数】4页(P119-121,124)【关键词】光电跟踪;四象限探测器;MSP430F169;PID算法【作者】李芳;郭建强;何婷婷;李游;殷凯【作者单位】西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都 610000;西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都 610000;西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都 610000;西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都 610000;西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都 610000【正文语种】中文【中图分类】TN820.3⁃340 引言MSP430单片机具有集成度高、嵌入模块多（如12位ADC、16位定时器等）、超低功耗等特点，在许多领域内得到了广泛的应用[1]。
四象限探测器定位精度的分析与仿真
四象限探测器定位精度的分析与仿真宋哲宇;付芸;范新坤;吴凯【摘要】In order to study the tracking accuracy of four-quadrant(QD)detectors in space laser communication sys-tems and the effects of spot characteristics and external environment on detectors,at first,the principle of four-quad-rant detector flare detection is deduced through the theory,the effects of facula size,facula centroid position,back-ground light,facula energy distribution,dead-area and the SNR are simulated and analyzed. The results show that the sensitivity of the position detection is reduced with the increase of the facular size. The facula energy distribution,back-ground light and dead-area will have an effect on the detection accuracy of the spot position;and the improvement of the signal-to-noise ratio can improve the position detection accuracy.%为了研究影响四象限探测器(QD)在空间激光通信系统中的跟踪精度,以及光斑特性和外部环境对探测器的影响.首先理论推导了四象限探测器光斑检测的原理,然后对光斑半径、光斑位置、背景光、光斑能量分布、死区、系统信噪比等因素进行了仿真分析.研究结果表明,光斑半径的增加会降低四象限探测器的位置探测灵敏度.光斑能量分布、背景光和死区会对光斑位置检测精度产生影响,系统信噪比的提高可以提高位置检测精度.【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(041)002【总页数】4页(P41-44)【关键词】背景光;光通信;建模;仿真;信噪比【作者】宋哲宇;付芸;范新坤;吴凯【作者单位】长春理工大学光电工程学院,长春130022;长春理工大学光电工程学院,长春130022;长春理工大学光电工程学院,长春130022;长春理工大学光电工程学院,长春130022【正文语种】中文【中图分类】TN929.1四象限探测器（QD）具有响应快、动态范围宽、灵敏度高、体积小等特点，广泛应用在光电跟踪领域［1］。
基于四象限探测器的光斑中心高精度定位算法
基于四象限探测器的光斑中心高精度定位算法郭小康;张彦梅;贺仕杰【摘要】In order to improve the detection accuracy of the four-quadrant detector for laser spot center location and simplify the existing algorithm,the two-section polynomial fitting method was proposed.When the spot energy distribution is Gaussian distribution model,the processing of data can be simplified according to the symmetry of the fourquadrant detector.And then the fitting range was divided into two sections for polynomial fitting.Meanwhile,the algorithm was optimized because the fitting error is bigger on the sides of the fitting range.The simulation results show that when the highest degree of polynomial is four,the fitting error is only 10-5mm orders of magnitude in the range near the origin and 10-4mm orders of magnitude in the range away from the origin.At last,the experiment proves the feasibility of the proposed algorithm.%为了提高四象限探测器检测光斑中心位置的精度,降低现有算法的复杂度,提出了二段式多项式拟合算法.在光斑能量分布服从高斯分布模型的条件下,利用四象限探测器的对称性,简化数据的处理量,将拟合区间合理分为两段进行多项式拟合.同时,针对在拟合区间两端的拟合误差较大的现象进行了优化.仿真分析结果表明,当最高多项式次数为四次时,在原点附近区间,拟合误差仅为1O-5mm数量级;在远离原点区间,拟合误差为10-4mm数量级.最后通过实验验证,证明了算法的可行性.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2017(047)011【总页数】5页(P1353-1357)【关键词】四象限探测器;光斑中心;多项式拟合;检测精度【作者】郭小康;张彦梅;贺仕杰【作者单位】北京理工大学信息与电子学院,北京100081;北京理工大学信息与电子学院,北京100081;北京理工大学信息与电子学院,北京100081【正文语种】中文【中图分类】TN249四象限探测器是一种常见的位置测量器件,由于其结构简单,具有较高的量子效率和灵敏度,广泛应用于目标定位、跟踪、自由空间光通信等领域[1-3]。
四象限探测器的信号光捕获与跟踪技术研究
摘要：针对空间激光通信系统小型化设计的需求，提出了使用四象限探测器实现捕获与跟踪的方案。通过分析四象限
探测器上光斑的位置分布，推导了三种光斑分布的 4QD 捕获牵引模型，通过对 4QD 光斑位置的解算以及与跟踪机构
的精准标定，实现了 4QD 的高精度跟踪。在实验室基于一台激光终端与系统测试平台，对四象限探测器的捕获与跟踪
Opto-Electronic Engineering
光电工程
Article
2020 年，第 47 卷，第 3 期
DOI: 10.12086/oee.2020.190559
四象限探测器的信号光捕获与 跟踪技术研究
鲁 倩，任 斌*，边晶莹
C
A
D
B
C
A
D
B
C
A
D
B
西安空间无线电技术研究所，陕西 西安 710000
方案及性能进行了实验验证，测试结果表明，在实验室动态条件下，用 4QD 作为捕获及跟踪探测器，捕获概率高达
100%，跟踪精度优于 3 μrad，验证了该方案的可行性，为激光终端小型化设计奠定了基础。
关键词：激光通信；四象限探测器；捕获与跟踪复用
中图分类号：TB872；TN929.1
文献标志码：A
引用格式：鲁倩，任斌，边晶莹. 四象限探测器的信号光捕获与跟踪技术研究[J]. 光电工程，2020，47(3): 190559
190559-1
光电工程 https:///10.12086/oee.2020.190559
1引言
相比于微波射频通信技术，卫星激光通信技术以 其通信传输速率高、信息保密性好、体积小、重量轻、 功耗低、无需频率使用许可、抗干扰性强等诸多优点， 使其具有广泛的应用前景，目前各国新一代卫星通信技术实用方向前进。
四项限光电探测器方案
四象限光电探测器设计方案 （4QD ）四象限探测器在一个光敏面用十字沟道隔成四个象限，如图所示，每个象限相当于一个光电管，当激光垂直入射时，经聚焦的光斑照射在四象限的中心位置上，四个象限接收的光强一样，输出的光电流也相同。
当激光光束以其他的角度入射时，光斑的位置也随之偏移，四个探测器输出的光电流也就不相同，对四个探测器输出的电流进行差分处理，就可以得到光斑偏离中心的误差信号。
4QD 计算光斑重心位置的公式如下： 1234123414231234()()()()I I I I X KI I I I I I I I Y K I I I I +−+=++++−+=+++式中K 为比例系数，代表四象限探测器的角灵敏度，它与光斑形状和大小直接相关。
当激光光斑的光强为高斯分布时，在线性响应区间时，K 与光斑直径成反比。
光束误差偏角和光斑位置之间的关系如图，可通过式计算。
四象限探测器的光灵敏度很高，探测频率也可达几千赫兹，外围电路也相对简单，因此是精瞄传感器的一种理想选择。
四象限探测器允许水平和垂直的角度分别独立估测，其输出信号为水平和垂直的角误差电压。
空间跟踪就是通过即时的误差电压对伺服电机进而对光学硬件进行连续调节来实现。
但是四象限传感器的光敏面比较小，且存在死区。
另外由于四象限传感器实际上只是探测四个区域的光强，因而算得的位置偏移的精度和线性度都受到光斑大小和形状的影响。
这就需要设计符合精瞄准系统要求的4QD 传感器。
根据以上指标，要求探测精度优于1‰，综合各种器件，选择日本滨松公司Q 这款4QD图 四象限探测器接受光斑示意图表 4QD S-6695-01性能指标[14]2.4.2 4QD 的电路设计由于4QD 输出的是弱的电流信号，而AD 采集的通常是0-5V 的模拟电压信号，因此需要经过后续电路的I/V 转化和信号调理。
电路的要求是符合带宽条件下的高精度的运算放大电路：首先要满足带宽的需要，保证4QD 电路高的采样能力；第二要求4QD 四个象限的放大倍数较精确的相等，保证四个象限的光电转化输出效率相同；第三要求放大器还应能够抑制传感器上的高频噪声，减少传感器噪声[17]。
影响四象限探测器探测结果的若干因素的研究
Ｓ ＋ Ｓ６＋Ｊ ｓ ＋ Ｓ ｄ
：
（ ｃｏ ｌ ｆ ｈ ｔ－ｌｃｒｎｃＥ ｇｎ ｅｉｇ Ｃ ａ ｇｈ ｎ Ｓｈ ｏ ｏｏｅ ｔｏ ｉ ｎ ｉｅｒｎ 。 ｈ ｎ ｃｕ ｏＰ ｅ Ｕｎｖｒｉ ｆＳｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｃｈｎ ｃｕ ３０ ２， ｈｎ ） ｉｅｓｔ ｏ ｃ ｎ ｅａ ｄＴ ｃｎ ｌｇ 。 ａ ｇｈ ｎ １０２ Ｃ ｉａ ｙ ｅ
Ａｂｓｒｃ ：Ｉ ｈｓｐ ｅ 。ｌｔ Ｉｅｄａｂ ｕ ｈ ａ ｔｒ ｆｅ ｔ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔａ ｔ ｎｔ ｉ ａｐ ｒ ｔ ａｋ ｏ ｔｔ ｅｆ ｃｏ ｓａ ｃｅ ｏ ｔｅ ｒ －
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仪 器仪表用户
影 响 四象 限探 测 器 探 测 结 果 的若 干 因素 的研 究
陈 琳
（ 春理 工大学 光 电工程学 院 ，长春 １０ ２ ） 长 ３ ０ ２
应波长宽 ， 灵敏度高 ， 工作 温度范 围大等优点越来 越得到广泛 的应用… 。四象 限光 电探 测器 实际 由 四个 光 电探 测器构 成 ， 每个探测器一个象 限 ， 目标光信 号经 光学 系统后 在 四象限光 电探测器上成像 。本文主要通 过实验平 台对影 响其 探测结果 的因素上进行了分析 。
关键 词 ：四象 限 探 测 器 ；特 性 参数 ；像 光斑 中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ７ Ｎ ４ 文 献 标识 码 ： Ｂ
＝
Ｓ ＋Ｓ ｓ 一Ｓ ｄ—Ｊ ６
四象限探测器的特性测试
四象限探测器的特性测试赵馨;佟首峰;姜会林【摘要】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.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2010(018)010【总页数】7页(P2164-2170)【关键词】四象限探测器;椭圆高斯光斑;光强闪烁;细分能力【作者】赵馨;佟首峰;姜会林【作者单位】长春理工大学,吉林,长春,130022;长春理工大学,吉林,长春,130022;长春理工大学,吉林,长春,130022【正文语种】中文【中图分类】TP212.14;TN3661 引言四象限探测器因为具有灵敏度和位置分辨率高、光谱范围宽、体积小、响应快、动态范围宽等特点,在光斑位置检测中得到了广泛应用,尤其是在空间光通信中,光波段从800 nm改为1 550 nm,使用四象限探测器对实现通信光与精信光标统一、减小系统体积十分有效;而在1 550 nm波段用于激光光斑位置判定时,由于红外CCD 探测器受限,象限探测器也是理想的选择。
从目前国内外报道的空间光通信系统成功案例和通信系统规划看,象限探测器主要应用在捕获、对准、跟踪(APT)系统精跟踪的光斑检测和提前量伺服系统的光斑检测。
例如,日本NADSA研制的LUCE系统采用象限探测器来完成精跟踪光斑检测及光斑中心计算,其链路为光通信系统的垂直链路[1-2]。
QD光斑位置检测影响因素分析
QD光斑位置检测影响因素分析摘要:四象限光电探测器(QD)以其帧频高、解算电路简单、可靠性好被广泛应用于激光通信的光轴对准过程中,在利用QD进行光斑位置检测时,要尽可能提高光斑位置的检测速度和检测精度。
由于光斑检测精度会受到背景光、大气湍流、探测器形状等因素影响,给光斑检测带来一定误差,使系统可靠性降低。
为了更好的抑制背景光、大气湍流等因素对光斑检测系统带来的影响,本文进行如下详细分析。
关键词:四象限探测器光斑检测背景光大气湍流四象限光电探测器以其高频谱响应范围,高定位精度,解算速度快等优点使其广泛应用于激光准直,激光对中,激光导向,激光制导,激光报警,激光侦查,激光自动跟踪等领域。
四象限光电探测器的每一个象限相当于一个PIN光电二极管,根据PIN光电二极管的特性,在一定的反偏工作电压下,PIN光电二极管所接收的光功率大小与其产生的光电流大小成正比。
其经典位置解算算法如下:令提取到的光电流信号与四象限探测器四个象限在坐标轴上的分布对应,分别为第一象限对应的光电流Ia,第二象限对应的光电流Ib,第三象限对应的光电流Ic,第四象限对应的光电流Id。
令光斑在四象限探测器四个光敏面上光功率为Ea、Eb、Ec、Ed,光斑实际位置坐标为(x0,y0),则有:1 背景光对光斑位置检测影响在上述四象限探测器解算公式(1)、(2)可以看出,当光斑检测系统的背景光均匀时,会导致偏移量公式中分母大小发生改变而分子不变,这就会使通过光斑解算得到的位置与实际光斑位置发生偏差,从而降低光斑位置的检测精度。
现在研究光斑在x轴的偏移量,由图2可以看出,随着背景光的加强,光斑的实际偏移量与解算偏移量的曲线线性范围在降低,造成光斑位置检测灵敏度下降,由于是激光光源当作信号源,为了减小或者消除背景光带来的影响,可以在接收端加窄带滤光片来抑制背景光的干扰,也可以采用数字信号处理的方式抑制背景光。
2 大气湍流对光斑位置检测影响大气光通信中面临的最大问题是大气信道的影响,包括大气衰减和大气湍流。
四象限探测器光斑中心定位算法研究
中心 的偏 移量 ， 从 而对 目标 光斑 中心进行 定位．
１ ． ２ 常 用 算 法 及 比较
采用 四象 限探 测器 测 定 光 斑 的 中心 位 置 ， 可 根 据器件 坐标轴 线 与测量 系统基 准线 问安装 角度 的不 同 ， 采用不 同 的算 法进行 测量 ． 目标 光斑在 四 象 限上分 布计 算偏 差 有 多 种方 法 ， 比较典 型 的有
第 ３ ７卷 第 ５期 ２ ０ １ ３年 １ Ｏ月
武 汉理 工大学 学报 （ 交通科 学与工 程版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
（ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ０ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ）
摘要 ： 针对 激 光 光 斑 特 性 及 定 位 算 法 对 四象 限 探 测 器 定 位 系 统 精 度 影 响 较 大 的 问 题 ， 分 析 了激 光 光斑特性 、 四象 限探 测 器 定 位 理 论 及 常用 算 法 ， 研究 了 ５种 不 同 情 况 下 激 光 光 斑 中 心 定 位 算 法 ， 在 此基础上进行数值积分 ， 提 出基 于 椭 圆 形 、 能 量 服 从 高 斯 分 布 的 激 光 光 斑 的 中心 定 位 算 法 ， 并 利 用
曲线 拟 合 的方 法 将 理 论 光斑 与 实 际光 斑 进 行 比 较 ． 通 过 设 计 的定 位 系 统 进 行 实 验 验 证 ， 证 明 了理 论 分 析 的正 确 性 ．
关键 词 ： 四 象 限探 测 系统 ； 光 斑特 性 ； 定位算法； 数 值 积分 ； 曲线 拟 合
光电探测原理实验报告 南邮
光电探测原理实验报告南邮摘要:采用四象限探测器作为光电定向实验，学习四象限探测器的工作原理和特性，同时掌握四象限探测器定向的工作方法。
实验中，四象限探测器的四个限区验证了具有完全一样的光学特性，同时四象限的定向具有较良好的线性关系。
关键词:光电定向四象限探测器1、开场白随着光电技术的发展，光电探测的应用也越来越广泛，其中光电定向作为光电子检测技术的重要组成部分，是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。
光电定向方式有扫描式、调制盘式和四象限式，前两种用于连续信号工作方式，后一种用于脉冲信号工作方式。
，由于四象限光电探测器能够探测光斑中心在四象限工作平面的位置，因此在激光准直、激光通信、激光制导等领域得到了广泛的应用［1］. 本光电定向实验装置采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，采用目前应用最广泛的`一种光电定向方式现直观，快速定位跟踪目标方位。
定向原理由两种方式完成：1、硬件模拟定向，通过模拟电路进行坐标运算，运算结果通过数字表头进行显示，从而显示出定向坐标；2、软件数字定向，通过AD转换电路对四个象限的输出数据进行采集处理，经过单片机运算处理，将数据送至电脑，由上位机软件实时显示定向结果。
本实验系统就是根据光学雷达和光学制导的原理而设计的，利用其光电系统可以轻易、间接地测定目标的方向。
使用650nm激光器搞光源，用四象限探测器表明光源方向和强度。
通过实验，可以掌控四象限光电探测器原理，并观测至红外红外线电磁辐射至四象限探测器上的边线和强度变化。
并利用实验仪展开设计性实验等内容，将光学定向应用领域至各领域中[2]。
2、实验原理2.1、系统了解光电定向是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域获得了广为的应用领域。
四象限光探测器的研究与设计
（ 扬 州工业职业技 术学 院 ， 江苏 扬州 ， ２ ２ ５ １ ２ ７ ）
［ 摘 要］ 阐述 了四象限光探 测器的硅 光 电池的光照度特性和测试结果 比较 ，从理论上分析 了基于 ＭＣ１ ４ ５ ８的放 大电路 和 带通 滤 波 电路 的设 计 思路 ， 并 用 实验 验 证 了分析 结 果 。研 究结 果表 明 ， 四 象限光
０引言
系统 中使用 比较普遍 的多元非成像光电探测器多为 征 量 ， 实 际 应 用 中还需 要 对 电压 进行 一定 的处 理 （ 放 四象 限光 电探测 器 件 。通 过 光斑 位 置 的偏 移 ， 可 以对 大 、 滤波、 运算 等 ） ， 最终形 成 测试结 果 。硅 光 电池 的研 测 量 工 程 中 的对 象 平 直 度 等 方 面 的 测 试 进 行 偏 移 量 究 主 要要 研究 其 光 照 特性 以及 伏 安特 性 ， 当硅光 电池 校准 ， 通常在铁轨平直度校准 、 钢材平面、 矿井施工等 接上负载 Ｒ时， 硅光电池可以工作在反 向偏置电压状
［ Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］ Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｃ ｉ ｒ ｂ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｉ ｌ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉ ｒ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｃ ｅ ｌ ｌ ｉ ｎ ｆ ｏ ｕ ｒ － ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ
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基于四象限的光斑位置探测系统设计
科学技术创新2020.28基于四象限的光斑位置探测系统设计龚元霞刘福华许孝敏刘杰（西京学院理学院，陕西西安710123）1位置探测器介绍本文主要研究的是运动光斑的位置探测，现有的运动光斑的探测器有很多种，主要有电荷耦合器件、位置敏感器件以及四象限探测器。
本文选择的四象限探测器，探测系统的核心器件进行研究。
1.1探测器的选择四象限探测器是将四个性能完全相同的光电探测器按照直角坐标系的方式排列，利用光生伏特效应将光信号转换为电信号的器件。
光照射到探测器上，探测器的光敏面会形成四个单独的区域，由于光斑占用每个区域的面积不同，从而换算出光斑占用光敏面四个区域的光电压不同，来解算光斑实际位置。
本文选择的四象限探测器如图1，具体尺寸为30mm （长）X30mm （宽）X15mm （厚），感光口径为10mm ，入光口上带螺纹，内螺纹大小为M12。
图1四象限探测器探测器的下侧有M4的螺丝，长度约为6mm ，用此连接支杆可以固定整个探测器。
末端接头采用的是标准的6针PS2接头，如图2。
图2探测器末端接头选用的四象限探测器主要性能参数：根据本系统所应用到的环境以及硬件的要求，四象限探测器的主要性能参数设计如表1。
表1四象限探测器性能参数1.2四象限探测器工作原理图3探测原理当光照射四象限探测器的光敏面上后，光斑与探测器光敏面的分布如图在探测器平面上的分布如图3所示，因探测器有四个像元，四个像元是独立的，光斑因为离四个像元的远近不同，占用的每个像元的面积也有所不同，这样四个像元因为光电效应产生的电压也有所不同，根据这些电压差别可换算出光斑在探测器上的相对位置。
1.3探测算法的选择根据本文四象限探测器的探测原理，电压与光斑位置的解算关系如下：（1）（2）本文选择比较简单的加减定位算法对光斑位置进行计算摘要：随着各种探测技术的蓬勃发展，光斑位置探测在工业精密检测以及导弹制导等领域受到极大的欢迎。
通过比较多种探测器的性能及特点，将选择一种象限探测器作为本文光斑探测系统的核心探测器件。
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四象限探测器光斑中心定位算法研究
作者：陈梦苇， 杨应平， 贾信庭， 冷芬， CHEN Mengwei， YANG Yingping， JIA Xinting， LENG Fen
作者单位：陈梦苇,杨应平,贾信庭,CHEN Mengwei,YANG Yingping,JIA Xinting(武汉理工大学理学院 武汉430070)， 冷芬,LENG Fen(华为武汉研究所 武汉430074)
刊名：
武汉理工大学学报（交通科学与工程版）
英文刊名：Journal of Wuhan University of Technology(Transportation Science & Engineering)
年，卷(期)：2013,37(5)
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