基于四象限探测器的激光定位系统关键技术研究

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激光定位技术具有精度高、稳定性高及灵敏度高等优点,在激光制导领域中有着广泛的应用前景。但激光制导武器在复杂战场环境中易受到敌方有源干扰,造成定位精度下降或整机失效,难以实现对目标的高精度打击。针对上述问题,本文以激光半主动导引头作为应用背景,对四象限探测器目标定位系统中的抗干扰技术及高精度光斑位置检测技术展开研究,主要研究内容包括:(1)研究了激光定位技术基本原理及四象限探测器的工作原理,在此基础上构建了定位系统框架,并分析了各电路模块所承担的工作任务,同时对系统中的硬件组成进行设计,包括光学系统、电源电路、信号放大电路以及信号采集与处理电路,为后续进行激光定位研究提供了硬件基础。(2)为提高定位系统的抗干扰能力,研究了激光编码技术与时间波门技术。建立了时间波门模型,通过模型分析了脉冲间隔误差对激光波门设置的影响,并且针对导引头受到超前同步干扰的情况,建立了两种概率函数描述下的波门录取概率数学模型,并对波门录取干扰信号概率与波门宽度等因素之间的关系进行了仿真分析。结合波门原理,在实时波门的基础上加入偏置量,进一步研究了偏置波门设置对提高系统抗干扰性能的优势,为激光制导的抗干扰提供参考措施。(3)针对激光定位中的光斑检测性能参数进行评价,并建立了光斑位置检测中的两种光斑能量等效模型并进行仿真与分析;在基于均匀光斑等效模型下对四种光斑定位算法进行仿真,并对比分析四种算法在激光定位中的适用性与优劣性,在经典算法中加入补偿因子,仿真得出改进算法能够有效扩展定位时的线性区域范围;对定位系统中光斑半径大小、探测器暗区宽度、背景光与暗电流噪声以及探测器非均匀性等几种误差因素建立数学模型,进行仿真分析后讨论四种因素对于定位精度的影响,最终得出误差修正及标定方法。(4)搭建了基于四象限探测器的激光定位实验平台,并依据背景光、暗电流与探测器非均匀性的误差因素对定位系统进行标定方法改进。实验表明本文提出的定位改进算法可以将定位线性范围扩展约11%,设计的标定方法可以将非均匀性误差修正在10%以内,有效提高了系统的定位精度。
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