[发明专利]一种实用的高精度四象限探测器高斯光斑质心定位方法

说明书

本发明为一种实用的高精度四象限探测器高斯光斑质心定位方法，涉及激光光斑定位领域，所解决的技术问题在于克服现有算法直接计算光斑质心，与光斑半径相关的不足。包括步骤如下：步骤1，利用四象限探测器四路输出光电流计算出光斑质心的解算值；步骤2，以四象限探测器中心为坐标原点，建立直角坐标系，利用高斯光斑能量分布模型，根据精度要求，构造出光斑质心解算值和相对位置一一对应的查找表；步骤3，根据步骤1中的解算值在步骤2中构造的查找表中查找出对应的相对位置；步骤4，如果精度不满足要求，则对步骤3查找的结果进行校正，如果精度满足要求，则进行下一步骤；步骤5，依据光斑半径和步骤4中的相对位置计算出光斑质心。

技术领域

本发明涉及激光光斑定位技术领域，特别涉及一种实用的高精度四象限探测器高斯光斑质心定位方法。

背景技术

四象限探测器(Quadrant Detector,QD)是一种常用的位置检测传感器，由于其信号处理电路简单，波长响应范围宽，固有噪声水平低，灵敏度高和响应速度快等优势，已被广泛地应用于激光准直、激光制导、激光监听、激光跟踪仪和空间激光通信等需要提供高精度微小位移或角度测量的领域。

影响激光光斑位置检测精度的因素主要有两个：一个是由于信号处理电路、背景光和大气湍流等噪声造成解算值随机波动而形成的随机误差。另一个是系统的固有误差，如光斑模型误差，四个象限非一致性误差，系统光学装调误差等。固有误差中，光斑质心定位算法占据着举足轻重的作用，由于高斯光斑质心和光斑质心解算值之间为非线性关系，直接计算几乎是不可能的，相关算法大多停留在理论研究和数值仿真阶段，能应用在实时应用领域的只有近似算法，但近似算法只在中心位置附近具有较高的精度，当光斑质心远离探测中心时会产生较大的误差。要想获得高精度的光斑质心定位，一种可行的办法是利用查找表的方式，目前查找表的算法都是直接利用光斑质心的解算值或者光电流比值建立二维数据库，查找计算光斑质心，这类方法的缺点是数据库较大，查找计算量大，不利于实时应用，更重要的是二维数据库与半径相关，当半径改变时就需要构造二维数据库，费时费力，使用非常不便。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于克服现有算法直接计算光斑质心，与光斑半径相关的不足，提供一种实用的高精度四象限探测器高斯光斑质心定位方法，极大的提高定位精度、加快处理速度和增加易用性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种实用的高精度四象限探测器高斯光斑质心定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、利用四象限探测器四路输出光电流计算出光斑质心的解算值；

步骤2、以四象限探测器中心为坐标原点，建立直角坐标系，利用高斯光斑能量分布模型，根据精度要求，构造出光斑质心解算值和相对位置一一对应的查找表；

步骤3、根据所述步骤1中的解算值在所述步骤2中构造的查找表中查找出对应的相对位置；

步骤4、如果精度不满足要求，则对所述步骤3查找的结果进行校正，如果精度满足要求，则进行下一步骤；

步骤5、依据光斑半径和所述步骤4中的相对位置计算出光斑质心。

优选的，所述步骤1中光斑质心的解算值计算公式为：

式中，I_A、I_B、I_C、I_D分别为四个象限的光电流，和分别为x和y方向上的光斑质心解算值。

优选的，所述步骤2中的高斯光斑能量分布模型的表达式为：