[发明专利]一种基于四象限探测器的高精度激光光斑位置检测方法

说明书

本发明提供了一种基于四象限探测器的高精度激光光斑位置检测方法，根据无穷积分拟合算法，得到光斑位置实际值与解算值的关系；引入误差补偿因子函数，对光斑位置实际值与解算值的关系进行处理，得到光斑位置估计值与实际值之间的残余误差；根据最小二乘法原理，得到最优等效光斑半径；基于Tanh函数拟合算法，引入控制波形形状的参数，得到光斑位置实际值；构建光斑位置残余误差的数学模型，使其平方和最小，得到最优的控制波形形状参数；根据最优等效半径、最优的控制波形形状参数及建立新的残余误差的数学模型，得到光斑位置。本发明的有益效果是：充分考虑了探测器半径和死区的影响，能够满足任意的四象限探测器，提高了光斑位置的检测精度。

技术领域

本发明涉及激光定位技术领域，尤其涉及一种基于四象限探测器的高精度激光光斑位置检测方法。

背景技术

激光光斑位置检测是激光定位技术中的重要内容，主要是通过激光光斑在探测器上的相对位置来反映目标的实际位置，通过对探测器输出信号的处理得到光斑位置并以此确定目标位置信息。根据所使用的探测器和信号处理方法的不同，可以得到如光斑能量中心位置、光斑运动轨迹等信息，从而广泛应用于基础科研、工业生产、激光通信和航天军事等领域。因此，激光定位技术在很大程度上代表了国家高科技激光探测技术的发展水平，是当今高新技术的一个热点。

光斑位置的检测精度不仅受探测器自身缺陷影响，而且还取决于光斑位置检测的算法。光斑位置检测算法的本质是根据四象限探测器输出的四路光电流信号，对当前光斑的质心位置进行解算。当对光斑位置检测精度要求不高的情况下，可以利用中心近似法进行求解，这种算法在光斑中心很小的范围内精度较高，随着光斑中心向探测器边缘移动时，由于解算偏差值与实际的质心不在是线性关系，而呈现非线性的变化，导致误差逐渐增大。由于光斑位置的解算值可以描述光斑在探测器光敏面的运动趋势，但无法准确定位光斑的具体位置，所以在得到光斑位置解算值的基础上根据相应的光斑位置检测算法最大可能的提高检测精度是解决问题的关键所在。

现有技术中，也有对激光光斑位置检测的研究，所提出的光斑位置定位方法均对光斑位置的检测精度有所提升，但是针对探测器自身的缺陷即探测器半径以及探测器光敏面封装时存在沟道的数学模型的研究还不够深入，未能深入分析其对QD探测器光斑位置检测精度的影响，此外光斑位置检测算法的研究没有将探测器半径和死区宽度的影响考虑进去，导致光斑位置的检测精度一定程度上还有很大的提升空间。

针对以上问题，本发明提出了一种基于四象限探测器的光斑位置检测优化方法。在光斑位置检测精度影响因素方面，充分考虑探测器的死区宽度和半径等因素对光斑位置检测精度的影响，建立相应的误差函数。同时，在光斑位置检测算法方面，提出利用无穷积分算法来拟合光斑位置实际值和解算值，在此基础上引入误差补偿因子的方式来弥补探测器死区宽度和半径对光斑位置检测精度的影响，其次为了进一步提高光斑位置检测精度进而引入了Tanh函数来拟合光斑解算值和实际值的关系，最终将两种算法相互结合得到一种新的光斑位置拟合表达式，以此提高整个激光光斑位置检测系统的检测精度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于四象限探测器的高精度激光光斑位置检测方法，主要包括：

S1：根据无穷积分拟合算法，得到光斑位置实际值与解算值的关系；

S2：引入误差补偿因子函数，对光斑位置实际值与解算值的关系进行处理，得到光斑位置估计值与实际值之间的残余误差；

S3：根据最小二乘法原理，得到残余误差最小时对应的最优等效光斑半径；

S4：基于Tanh函数拟合算法，引入控制波形形状的参数，得到光斑位置实际值；

S5：根据光斑位置实际值，构建光斑位置残余误差的数学模型，使其平方和最小，得到最优的控制波形形状参数；