專利名稱：基于分段插值的四象限探測(cè)器測(cè)角方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種四象限探測(cè)器測(cè)角方法。
背景技術(shù)：
四象限光電探測(cè)器是光學(xué)跟蹤中普遍采用的三大探測(cè)器之一，因其具有較高的探 測(cè)靈敏度，四象限光電探測(cè)器廣泛應(yīng)用于跟蹤、制導(dǎo)、定位、準(zhǔn)直、空間衛(wèi)星光通信捕獲指向 追蹤技術(shù)(APT)、現(xiàn)代原子力顯微鏡(AFMs)的懸臂(cantilever)位置探測(cè)等方面；作為測(cè) 量組件，四象限光電探測(cè)器在掃描探針顯微鏡、光鑷以及空間光通信等激光光學(xué)系統(tǒng)中也 有著大量的應(yīng)用。四象限探測(cè)器由相互獨(dú)立且性能完全相同的四只光電二極管組成，這四只光電管 以光學(xué)系統(tǒng)的軸線為對(duì)稱軸，置于焦平面附近。在激光半主動(dòng)尋的制導(dǎo)系統(tǒng)中，彈外激光器 發(fā)出的激光光束照在目標(biāo)上，產(chǎn)生漫反射。當(dāng)漫反射的激光信號(hào)照在四象限探測(cè)器上后，會(huì) 在四個(gè)象限上分別產(chǎn)生電流信號(hào)，電流信號(hào)的強(qiáng)度同受光面積成正比。當(dāng)光斑在四象限探 測(cè)器上移動(dòng)時(shí)，各個(gè)象限受光面積將發(fā)生變化，從而引起四個(gè)象限產(chǎn)生的電流強(qiáng)度發(fā)生變 化，而各個(gè)象限電流變化量經(jīng)過(guò)電流-電壓轉(zhuǎn)換和模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，便可以 計(jì)算出光斑中心相對(duì)于四象限探測(cè)器中心的位移。在激光制導(dǎo)系統(tǒng)中，需要對(duì)位標(biāo)器光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)以產(chǎn)生光斑。目標(biāo)反射回來(lái) 的光線被導(dǎo)引頭接收，之后匯聚在物鏡的焦平面上。在目標(biāo)偏離光軸時(shí)，光斑會(huì)偏離四象限 探測(cè)器光敏面的中心位置，根據(jù)光斑偏離的程度，即可求出導(dǎo)彈前進(jìn)方向偏離目標(biāo)的角度。傳統(tǒng)算法計(jì)算四象限探測(cè)器測(cè)量的角度的優(yōu)勢(shì)在于目標(biāo)反射激光形成的光斑與 四象限探測(cè)器光敏面中心的偏差量的計(jì)算僅僅用到四則運(yùn)算，在各種處理器當(dāng)中是非常輕 易即可完成，運(yùn)算量小，運(yùn)算速度快；但其劣勢(shì)在于計(jì)算的誤差比較大，不能滿足現(xiàn)代武器 對(duì)于精確打擊的要求；如果對(duì)目標(biāo)反射光斑進(jìn)行嚴(yán)格分析解算，可以精密計(jì)算出偏離值；該種方法的誤 差小，但運(yùn)算量大，處理時(shí)間長(zhǎng)；而大部分處理器對(duì)于三角函數(shù)只能做展開(kāi)運(yùn)算，其運(yùn)算量 大，耗費(fèi)系統(tǒng)資源，嚴(yán)重影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能。因此，需要提出一種對(duì)四象限探測(cè)器測(cè)角度傳統(tǒng)算法進(jìn)行分析的方法，提高傳統(tǒng) 算法的精度，同時(shí)避免三角函數(shù)使用和大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)利用(如查表法等)造成的運(yùn)算 量過(guò)大，系統(tǒng)響應(yīng)緩慢的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于分段插值法的四象限探測(cè) 器測(cè)角方法，在保障較小運(yùn)算量和高系統(tǒng)響應(yīng)速度的同時(shí)提高了測(cè)角精度。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的基于分段插值的四象限探測(cè)器測(cè)角方法，包括以下 步驟1)沿四象限探測(cè)器的位標(biāo)器χ軸方向，將位標(biāo)器的光敏面有效工作半徑分段；提3取各分段中樣本點(diǎn)，作為各分段對(duì)應(yīng)的實(shí)際偏移量樣本Ix1, x2, ... , ^J，其中，η為一個(gè)分 段中的取樣點(diǎn)數(shù)；2)四象限探測(cè)器中被測(cè)物實(shí)際偏移量與初步測(cè)量偏移量的關(guān)系為
權(quán)利要求
1.基于分段插值的四象限探測(cè)器測(cè)角方法，其特征在于包括以下步驟1)沿四象限探測(cè)器的位標(biāo)器X軸方向，將位標(biāo)器的光敏面有效工作半徑分段；提取各 分段中樣本點(diǎn)作為各分段對(duì)應(yīng)的實(shí)際偏移量樣本Ix1, &，. . .，，其中，η為一個(gè)分段中的 取樣點(diǎn)數(shù)；2)四象限探測(cè)器中被測(cè)物實(shí)際偏移量與初步測(cè)量偏移量的關(guān)系為
2.如權(quán)利要求1所述的基于分段插值的四象限探測(cè)器測(cè)角方法，其特征在于 步驟幻中對(duì)各分段對(duì)應(yīng)的樣本進(jìn)行拉格朗日插值處理，求得各分段中估計(jì)偏移量χ'與初步測(cè)量偏移量dx關(guān)系
3.如權(quán)利要求2所述的基于分段插值的四象限探測(cè)器測(cè)角方法，其特征在于步驟1) 中，沿四象限探測(cè)器的位標(biāo)器χ軸方向，將位標(biāo)器的光敏面有效工作半徑平均分為6段，提 取各分段兩端及中間點(diǎn)作為各分段對(duì)應(yīng)的實(shí)際偏移量樣本{Xl，x2，X3I，{x3，X4,X5I，{x5，X6', {^7' ‘ X9I ‘ {^9 ‘ XlO' Xll^ ‘ {^11 ？ Xl2' 0
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于分段插值的四象限探測(cè)器測(cè)角方法，根據(jù)傳統(tǒng)方法求取的初步測(cè)量偏移量與四象限探測(cè)器的實(shí)際偏移量構(gòu)成的三角函數(shù)關(guān)系，確定一組離散的初步測(cè)量偏移量和實(shí)際偏移量樣本；通過(guò)分段低階拉格朗日插值法對(duì)該樣本進(jìn)行曲線擬合，生成的擬合曲線用于提高四象限探測(cè)器對(duì)光斑偏移量的測(cè)量精度；后續(xù)通過(guò)四象限探測(cè)器幾何構(gòu)成將高精度的光斑偏移量轉(zhuǎn)換為四象限探測(cè)器載體偏移跟蹤目標(biāo)的角度；本發(fā)明提高測(cè)角精度的同時(shí)避免了提高精度的巨大運(yùn)算代價(jià)，提高了四象限探測(cè)器的實(shí)時(shí)檢測(cè)速度和檢測(cè)精度，優(yōu)化了其性能；提出了分段二次拉格朗日測(cè)角方法，其速度、精度指標(biāo)均優(yōu)于現(xiàn)有插值測(cè)角方法。
文檔編號(hào)G01B11/26GK102042816SQ201010523630
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者冉景硯, 呂霞付, 李蕊, 祝天瑞, 陳勇 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)