[发明专利]一种基于PSD的多光束同步二维位置检测方法

说明书

本发明涉及一种基于PSD的多光束同步二维位置检测方法，包括以下步骤：多个靶标光源同时发出的调制光束在PSD探测器靶面上形成多个光斑；PSD探测器将多个光斑转换为多个频率叠加的混合电流信号输出，经信号调理后转换成数字信号；采用双外差异步解调算法将多个频率叠加的数字信号解调还原为多路调制光束的幅值，并通过归一化同步得出多个光斑的二维位置。

技术领域

本发明属于空间位姿测量技术领域，涉及一种基于PSD的无通信、多光束同步二维位置检测方法。

背景技术

空间位姿测量技术用于测量目标与测量设备的六自由度相对位姿，在航天器对接、无人机空中加油、自主着舰等方面具有至关重要的作用。

目前位姿测量系统采用的技术方案主要为CMOS、CCD等可见光方案。可见光方案对工作场景的光照条件有诸多限制，并且实现高速测量所需的高帧频CMOS、CCD成本较高。

PSD位置敏感探测器是一种工作在红外光波段，可以将入射光斑转换为电流信号输出的光电半导体器件。二维PSD应用于空间相对位姿测量系统，具有环境适应性强、更新频率高、成本低等优势。在空间相对位姿测量系统中，第一步是测量若干个已知合作靶标在测量设备传感器靶面上所成像的二维位置。六自由度位姿测量至少需要4个靶标，并且在飞行器对接应用方面为了实现高更新频率的空间位姿测量，同时避免测量设备产生电磁通信对飞行器产生影响，一种无电磁通信的高速PSD多光束同步二维位置检测的方法具有重要意义。

发明内容

针对飞行器对接相对位姿测量应用领域，本发明提出一种合作靶标与测量设备之间无电磁通信的高速多光束同步二维位置检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于PSD的多光束同步二维位置检测方法，包括以下步骤：

多个靶标光源同时发出的调制光束在PSD探测器靶面上形成多个光斑；PSD探测器将多个光斑转换为多个频率叠加的混合电流信号输出，经信号调理后转换成数字信号；

采用双外差异步解调算法将多个频率叠加的数字信号解调还原为多路调制光束的幅值，并通过归一化得出多个光斑的二维位置。

所述双外差异步解调算法包括以下步骤：

1)将I_j(t)分别与第i个LED的调制频率的参考信号sin(ω_it)、cos(ω_it)相乘，其结果经低通滤波得到低频分量和其中，I_j(t)为PSD探测器同时接收到4个LED所发出的红外光后，PSD探测器四个电极中的第j个电极输出的混合信号，ω_i为第i个LED的调制频率，ω′_i为第i个LED发出的调制光束到达PSD探测器时的实际调制频率；为第i个LED发出的调制光束到达PSD探测器的信号与PSD探测器中参考信号cos(ω_it)的相位差；

2)两个低频分量和经平方和运算得到光强幅度信号A_ji为PSD探测器第j个电极输出的第i个LED的幅度信号。

所述双外差异步解调算法具体为：