留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

四象限探测器基于高斯分布的激光光斑中心定位算法

唐彦琴 顾国华 钱惟贤 陈钱 张骏

唐彦琴, 顾国华, 钱惟贤, 陈钱, 张骏. 四象限探测器基于高斯分布的激光光斑中心定位算法[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(2): 206003-0206003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0206003
引用本文: 唐彦琴, 顾国华, 钱惟贤, 陈钱, 张骏. 四象限探测器基于高斯分布的激光光斑中心定位算法[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(2): 206003-0206003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0206003
Tang Yanqin, Gu Guohua, Qian Weixian, Chen Qian, Zhang Jun. Laser spot center location algorithm of four-quadrant detector based on Gaussian distribution[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2): 206003-0206003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0206003
Citation: Tang Yanqin, Gu Guohua, Qian Weixian, Chen Qian, Zhang Jun. Laser spot center location algorithm of four-quadrant detector based on Gaussian distribution[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2): 206003-0206003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0206003

四象限探测器基于高斯分布的激光光斑中心定位算法

doi: 10.3788/IRLA201746.0206003
基金项目: 

江苏省自然科学基金(BK20130769)

详细信息
    作者简介:

    唐彦琴(1991-),女,硕士生,主要从事光电信号处理等方面的研究。Email:1174802035@qq.com

  • 中图分类号: TN215

Laser spot center location algorithm of four-quadrant detector based on Gaussian distribution

  • 摘要: 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。
  • [1] Zhang Guangjun. Photo Electronic Measure Technique[M]. Xi'an:Xidian University Press, 2004. (in Chinese)张广军. 光电探测技术[M]. 西安:西安电子科技大学出版社, 2004.
    [2] Chen Yong, Zhu Tianrui, Li Rui. Design and realization of the angle measurement algorithm of the four-quadrant detector based on the interpolation algorithm[J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(3):544-547. (in Chinese)陈勇, 祝天瑞, 李蕊. 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[J]. 红外与激光工程, 2011, 40(3):544-547.
    [3] Kral L. Automatic beam alignment system for a pulsed infrared laser.[J]. Review of Scientific Instruments, 2009, 80(1):013102.
    [4] Wang Bin, Wang Weiguo, Guo Ruhai, et al. Alignment experimental analysis based on four quadrant detector[J]. OME Information, 2011, 28(12):37-40. (in Chinese)王兵, 王伟国, 郭汝海, 等. 基于四象限探测器的监视对准实验[J]. 光机电信息, 2011, 28(12):37-40.
    [5] Chen Mengwei. Research on spot center positioning algorithms for quadrant detector[D]. Wuhan:Wuhan University of Technology, 2012. (in Chinese)陈梦苇. 基于象探测器的光斑中心定位算法研究[D]. 武汉:武汉理工大学, 2012.
    [6] Wang Xinying. Laser angle measurement system for berthing[D]. Dalian:Dalian Maritime University, 2010. (in Chinese)王新影. 激光靠泊测角系统研究[D]. 大连:大连海事大学, 2010.
    [7] Yang Cui, Zou Jian, Liu Dezhi, et al. Position error analysis of four-quadrant detector[J]. Transducer and Microsystem Technologies, 2009, 28(5):49-51. (in Chinese)杨翠, 邹建, 刘得志, 等. 四象限光电探测器定位误差分析[J]. 传感器与微系统, 2009, 28(5):49-51.
    [8] Zhou Ziyun, Gao Yunguo, Shao Shuai, et al. Laser spot center location algorithm based on four-quadrant detector[J] Computer Measurement Control, 2014, 22(7):2154-2156. (in Chinese)周子云, 高云国, 邵帅,等. 采用四象限探测器的光斑中心定位算法[J]. 计算机测量与控制, 2014, 22(7):2154-2156.
    [9] Feng Longling, Deng Renliang. Study on optical tracking with four-quadrant photodetector[J]. Infrared and Laser Engineering, 1996, 25(1):16-22. (in Chinese)冯龙龄, 邓仁亮. 四象限光电跟踪技术中若干问题的探讨[J]. 红外与激光工程, 1996, 25(1):16-22.
    [10] Shang Tao, Li Xi, Liu Zengji, et al. Novel four-quadrant design and the method for obtaining spot parameters[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(4):1034-1040. (in Chinese)尚韬, 李曦, 刘增基,等. 新型四象限设计及其光斑参数测量方法[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(4):1034-1040.
    [11] Sun Xiaolin. High-precision positioning algorithm research based on four-quadrant detector[D]. Dalian:Dalian Maritime University, 2012. (in Chinese)孙晓林. 基于四象限探测器的高精度定位算法的研究[D]. 大连:大连海事大学, 2012.
    [12] Zhang Zhifeng, Yu Tao, Su Zhan, et al. The theoretical study on relationship between laser spot with quadrant area of four-quadrant photoelectric detector[J]. Journal of Photon Technology, 2005, 9(3):128-130. (in Chinese)张志峰, 余涛, 苏展,等. 象光斑和四象限探测器象限面积大小关系的理论研究[J]. 光子技术, 2005, 9(3):128-130.
  • [1] 张雷雷, 曹振松, 钟磬, 黄印博, 袁子豪, 黄俊, 齐刚, 潘文雪, 卢兴吉.  FPGA主控型数字锁相放大器设计及光谱测量 . 红外与激光工程, 2023, 52(10): 20230023-1-20230023-12. doi: 10.3788/IRLA20230023
    [2] 杨涛, 李武森, 陈文建.  新型小功率半导体激光器驱动及温控电路设计 . 红外与激光工程, 2022, 51(2): 20210764-1-20210764-8. doi: 10.3788/IRLA20210764
    [3] 李娜, 邓家先, 崔亚妮, 陈褒丹.  基于暗通道先验的红外图像清晰化及FPGA实现 . 红外与激光工程, 2021, 50(3): 20200252-1-20200252-10. doi: 10.3788/IRLA20200252
    [4] 邱雄, 王仕成, 刘志国, 徐炜波.  激光导引头四象限探测器测角精度的建模研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(7): 20190453-1-20190453-7. doi: 10.3788/IRLA20190453
    [5] 王淋正, 邹华, 黄硕, 张航, 赵世宇.  中心开孔型四象限探测器光纤定位闭环控制方法 . 红外与激光工程, 2020, 49(6): 20190466-1-20190466-7. doi: 10.3788/IRLA20190466
    [6] 韩庆阳, 陈赟, 张红胜, 高胜英, 张晰.  航天级反射式光电编码器信号处理系统设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 135-141. doi: 10.3788/IRLA201948.S117010
    [7] 郭弘扬, 杜升平, 黄永梅, 付承毓.  液晶空间光调制器过驱动方法的FPGA实现 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 722002-0722002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0722002
    [8] 张美玲, 邹华, 刘金升, 王淋正.  基于四象限探测器的光纤焦比退化的测量方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(6): 617001-0617001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0617001
    [9] 殷世民, 高丽伟, 梁永波, 朱健铭, 梁晋涛, 陈真诚.  基于FPGA的干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 720001-0720001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0720001
    [10] 宋博, 郑伟, 李明山, 冯文.  星载激光器电源遥控遥测系统的设计与实现 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1020003-1020003(7). doi: 10.3788/IRLA201645.1020003
    [11] 成桂梅, 刘涛, 荣鹏, 程甘霖, 段京.  多探测器数据控制与处理系统设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 420002-0420002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0420002
    [12] 杨磊, 任龙, 刘庆, 王华, 周祚峰, 曹剑中.  基于FPGA 的大视场图像实时拼接技术的研究与实现 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1929-1935.
    [13] 郝贤鹏, 张然峰, 陶宏江.  基于FPGA的高速图像传输系统设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3483-3487.
    [14] 武超群, 李梅, 周璐春.  哈特曼传感器仿真平台设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 567-571.
    [15] 邓永停, 李洪文, 王建立, 阴玉梅, 吴庆林.  基于DSP和FPGA的望远镜伺服控制系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 908-914.
    [16] 王耀利, 温廷敦, 王志斌, 张瑞, 黄艳飞, 陈友华.  基于静态固体斜楔干涉的红外探测技术 . 红外与激光工程, 2014, 43(10): 3188-3192.
    [17] 母杰, 郑文佳, 李梅, 饶长辉.  基于FPGA和DSP技术的自适应光学系统在线大气湍流参数测量平台 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 703-708.
    [18] 梁巍巍, 殷瑞光, 李慧, 赵宏鹏, 张文攀.  激光损伤四象限探测器对制导武器的影响 . 红外与激光工程, 2013, 42(10): 2672-2676.
    [19] 朱瑞飞, 王超, 魏群, 贾宏光, 周文明.  红外探测器非均匀性校正系统研制 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1669-1673.
    [20] 任广辉, 王刚毅, 金炎胜.  利用FPGA的高性能向导滤波器设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(2): 537-542.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  659
  • HTML全文浏览量:  176
  • PDF下载量:  229
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-21
  • 修回日期:  2016-07-24
  • 刊出日期:  2017-02-25

四象限探测器基于高斯分布的激光光斑中心定位算法

doi: 10.3788/IRLA201746.0206003
    作者简介:

    唐彦琴(1991-),女,硕士生,主要从事光电信号处理等方面的研究。Email:1174802035@qq.com

基金项目:

江苏省自然科学基金(BK20130769)

  • 中图分类号: TN215

摘要: 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。

English Abstract

参考文献 (12)

目录

    /

    返回文章
    返回