象探测器(Quadrant Detector, QD)是一种以“光生伏特效应”为核心的位置探测器,由于其具有探测灵敏度高、信号处理简单和抗干扰能力强等优点,在军事、测绘、天文、通信、工程测量等许多领域都得到了广泛应用。象探测器定位算法已有多种,在不同的光斑模型下,算法的线性范围、灵敏度等均有差异。实际应用中会对测量性能有不同的要求,因此对实际光斑模型下的不同算法进行仿真比较,找到最能满足应用需求的算法以提高探测系统的测量范围、测量精度等是一项重要工作。传统定位系统模型多为能量均匀分布或高斯分布的圆形光斑,多采用加减算法和对角线算法,并使用硬件方法实现,不仅增加了成本、局限了算法的使用且误差较大,系统灵活性差。本论文主要以四象限探测器为对象研究了光斑中心定位算法,做了如下相关工作：(1)对常用的光斑中心定位探测器CCD、PSD和QD进行了比较,分析了各自的优缺点,为探测器种类的选择提供了参考。介绍了象探测器的主要性能参数,为具体应用中象探测器的选型给出了依据。(2)结合实际使用的激光器及四象限探测器性能参数,设计了包括中性衰减片、光斑压缩部分(倒伽利略系统)和光斑调节部分(柱面镜)的光学系统,能够得到一半轴长度为1.248592mm(四象限探测器边长6mm),另一半轴长度连续可调的能量高斯分布的椭圆光斑,为算法仿真提供了光斑模型。(3)研究了四象限探测器的加减算法、对角线算法、Δ/Σ算法和对数算法。在此基础上建立了能量为均匀和高斯分布,形状为圆形、椭圆形的光斑模型的中心定位算法。分析了影响四象限探测系统探测精度的因素。(4)讨论了四象限探测器的加减算法、对角线算法、Δ/Σ算法和对数算法的应将电路连接方法。使用已有的硬件系统测量了能量高斯分布的圆形光斑的定位数据,并用拟合的方法得到了实际的定位曲线。(5)假设光斑半径为r,在讨论的四种算法中,使用加减算法,线性范围为2r,使用对角线算法,线性范围会扩大到2(?)2r。对角线算法线性范围最大,但仍不能满足某些要求大的线性范围场合的需求,为进一步提高线性范围,提出采用二元光学器件将入射到光敏面上的光斑整形为正方形且能量均匀分布。仿真结果证明使用该方案线性范围为4r,该方案能得到最大的线性范围。