专利名称：基于分段插值的四象限探测器测角方法
技术领域：
本发明涉及激光探测领域，具体涉及一种四象限探测器测角方法。
背景技术：
四象限光电探测器是光学跟踪中普遍采用的三大探测器之一，因其具有较高的探 测灵敏度，四象限光电探测器广泛应用于跟踪、制导、定位、准直、空间卫星光通信捕获指向 追踪技术(APT)、现代原子力显微镜(AFMs)的悬臂(cantilever)位置探测等方面；作为测 量组件，四象限光电探测器在扫描探针显微镜、光镊以及空间光通信等激光光学系统中也 有着大量的应用。四象限探测器由相互独立且性能完全相同的四只光电二极管组成，这四只光电管 以光学系统的轴线为对称轴，置于焦平面附近。在激光半主动寻的制导系统中，弹外激光器 发出的激光光束照在目标上，产生漫反射。当漫反射的激光信号照在四象限探测器上后，会 在四个象限上分别产生电流信号，电流信号的强度同受光面积成正比。当光斑在四象限探 测器上移动时，各个象限受光面积将发生变化，从而引起四个象限产生的电流强度发生变 化，而各个象限电流变化量经过电流-电压转换和模数(A/D)转换后进行数据处理，便可以 计算出光斑中心相对于四象限探测器中心的位移。在激光制导系统中，需要对位标器光学系统进行设计以产生光斑。目标反射回来 的光线被导引头接收，之后汇聚在物镜的焦平面上。在目标偏离光轴时，光斑会偏离四象限 探测器光敏面的中心位置，根据光斑偏离的程度，即可求出导弹前进方向偏离目标的角度。传统算法计算四象限探测器测量的角度的优势在于目标反射激光形成的光斑与 四象限探测器光敏面中心的偏差量的计算仅仅用到四则运算，在各种处理器当中是非常轻 易即可完成，运算量小，运算速度快；但其劣势在于计算的误差比较大，不能满足现代武器 对于精确打击的要求；如果对目标反射光斑进行严格分析解算，可以精密计算出偏离值；该种方法的误 差小，但运算量大，处理时间长；而大部分处理器对于三角函数只能做展开运算，其运算量 大，耗费系统资源，严重影响系统实时性能。因此，需要提出一种对四象限探测器测角度传统算法进行分析的方法，提高传统 算法的精度，同时避免三角函数使用和大规模数据的存储利用(如查表法等)造成的运算 量过大，系统响应缓慢的问题。

发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明公开了一种基于分段插值法的四象限探测 器测角方法，在保障较小运算量和高系统响应速度的同时提高了测角精度。本发明的目的是这样实现的基于分段插值的四象限探测器测角方法，包括以下 步骤1)沿四象限探测器的位标器χ轴方向，将位标器的光敏面有效工作半径分段；提3取各分段中样本点，作为各分段对应的实际偏移量样本Ix1, x2, ... , ^J，其中，η为一个分 段中的取样点数；2)四象限探测器中被测物实际偏移量与初步测量偏移量的关系为
权利要求
1.基于分段插值的四象限探测器测角方法，其特征在于包括以下步骤1)沿四象限探测器的位标器X轴方向，将位标器的光敏面有效工作半径分段；提取各 分段中样本点作为各分段对应的实际偏移量样本Ix1, &，. . .，，其中，η为一个分段中的 取样点数；2)四象限探测器中被测物实际偏移量与初步测量偏移量的关系为
2.如权利要求1所述的基于分段插值的四象限探测器测角方法，其特征在于 步骤幻中对各分段对应的样本进行拉格朗日插值处理，求得各分段中估计偏移量χ'与初步测量偏移量dx关系
3.如权利要求2所述的基于分段插值的四象限探测器测角方法，其特征在于步骤1) 中，沿四象限探测器的位标器χ轴方向，将位标器的光敏面有效工作半径平均分为6段，提 取各分段两端及中间点作为各分段对应的实际偏移量样本{Xl，x2，X3I，{x3，X4,X5I，{x5，X6', {^7' ‘ X9I ‘ {^9 ‘ XlO' Xll^ ‘ {^11 ？ Xl2' 0
全文摘要
本发明公开了一种基于分段插值的四象限探测器测角方法，根据传统方法求取的初步测量偏移量与四象限探测器的实际偏移量构成的三角函数关系，确定一组离散的初步测量偏移量和实际偏移量样本；通过分段低阶拉格朗日插值法对该样本进行曲线拟合，生成的拟合曲线用于提高四象限探测器对光斑偏移量的测量精度；后续通过四象限探测器几何构成将高精度的光斑偏移量转换为四象限探测器载体偏移跟踪目标的角度；本发明提高测角精度的同时避免了提高精度的巨大运算代价，提高了四象限探测器的实时检测速度和检测精度，优化了其性能；提出了分段二次拉格朗日测角方法，其速度、精度指标均优于现有插值测角方法。
文档编号G01B11/26GK102042816SQ201010523630
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者冉景砚, 吕霞付, 李蕊, 祝天瑞, 陈勇 申请人:重庆邮电大学