隨著科技的進(jìn)步和國防事業(yè)的發(fā)展,激光探測廣泛應(yīng)用于激光制導(dǎo)、工件的直線度測量、太陽能跟蹤等領(lǐng)域。本文正是以激光探測為應(yīng)用背景,設(shè)計(jì)出了一套基于四象限的激光探測與測量系統(tǒng)。本論文的工作重點(diǎn)是系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)及定位算法的分析與改進(jìn)。在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)前,比較三種常用探測器的性能和適用范圍,通過對四象限探測器的性能進(jìn)行詳細(xì)的分析,最終選擇四象限探測器作為本系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換器件;分析并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光斑大小對光斑中心定位的影響,為光斑大小的設(shè)計(jì)與光學(xué)系統(tǒng)的選擇提供了理論支撐;通過嘗試設(shè)計(jì)不同的模擬放大電路,為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自增益控制和脈沖提取打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)并調(diào)試完成了系統(tǒng)中電源模塊、自增益放大模塊、信號采集與處理模塊(FPGA)的硬件電路部分,為系統(tǒng)硬件化提供了硬件平臺;通過分析光、電信號的處理過程及影響因素,系統(tǒng)最終選擇使用自增益放大+脈沖提取的信號處理方式。通過比較四種光斑定位算法,得出傳統(tǒng)加減定位算法具有性能適中、適用范圍更廣等優(yōu)勢;系統(tǒng)的探測誤差主要來自探測器和電路中暗電流噪聲的干擾、背景光的干擾、探測器及電路的非均勻性干擾、其他光源干擾以及機(jī)械誤差等;分別對每一種干擾進(jìn)行原理分析并建立數(shù)學(xué)模型,最終得出修正及標(biāo)定的方法。最后,本文搭建了一套完整的基于四象限的激光探測與測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證探測系統(tǒng)的功能,定位算法、修正及標(biāo)定方法的可行性。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN249
【部分圖文】：

圖１．３光斑在光敏面邊緣示意圖??探測系統(tǒng)為了擴(kuò)展入射光強(qiáng)范圍和增強(qiáng)系統(tǒng)適用性，需將光電轉(zhuǎn)自增益放大。根據(jù)查詢資料可知，根據(jù)文獻(xiàn)［４］？［１４］可知，西安森、光電技術(shù)研究所博士石川、南京理工大學(xué)的張駿及Ｂｏｕｋｅｌｌａｌ，１．２，一

??路??圖１．２單控制源信號同時控制四路電路示意圖??ｈ??圖１．３光斑在光敏面邊緣示意圖??激光探測系統(tǒng)為了擴(kuò)展入射光強(qiáng)范圍和增強(qiáng)系統(tǒng)適用性，需將光電轉(zhuǎn)換后的??信號進(jìn)行自增益放大。根據(jù)查詢資料可知，根據(jù)文獻(xiàn)［４］？［１４］可知，西安交通大??學(xué)的司棟森、光電技術(shù)研究所博士石川、南京理工大學(xué)的張駿及Ｂｏｕｋｅｌｌａｌ?Ｙ等??人或者團(tuán)隊(duì)都采用了傳統(tǒng)常用自增益方法，如圖１．２所示，一個增益控制信號同??３??

激光探測與測量技術(shù)也在不斷的優(yōu)化與改進(jìn)，但其激光探測精度仍??需提高，系統(tǒng)中許多關(guān)鍵技術(shù)仍需進(jìn)一步研宄和改進(jìn)。因此本文設(shè)計(jì)并搭建了一??套基于四象限的激光探測與測量系統(tǒng)，如圖１．４所示。本論文除了重點(diǎn)研究模擬??與數(shù)字電路的設(shè)計(jì)之外，還對信號的處理和整個系統(tǒng)探測精度的提高進(jìn)行了深入??的探討。本論文的主要研宄內(nèi)容如下：??本論文第一章是緒論部分，提出了課題的研宄背景，簡要敘述了國內(nèi)外研宄??現(xiàn)狀，描述了不同的激光探測與測量體制并選擇本論文的探測與測量體制。??本論文第二章主要介紹了在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)前關(guān)鍵問題的分析與測試，為整個??系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的順利完成打下良好的基礎(chǔ)。章節(jié)一開始通過比較三種常用探測??器的性能和適用范圍，選擇四象限探測器作為本系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換器件后，隨后對??探測器的性能進(jìn)行詳細(xì)的分析，為后文系統(tǒng)誤差的分析提供理論基礎(chǔ)；分析并實(shí)??驗(yàn)驗(yàn)證光斑大小對光斑中心定位的影響，為光斑大小的設(shè)計(jì)與光學(xué)系統(tǒng)的選擇提??供了理論支撐；為了滿足系統(tǒng)對脈沖激光信號脈寬的要求
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2855113