采用四象限探测器的激光跟踪系统设计.pdf

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1、第47卷第4期激光与红外Vol．47，No．42017年4月LASEＲ＆INFＲAＲEDApril，2017文章编号:1001－5078(2017)04－0432－05·激光应用技术·采用四象限探测器的激光跟踪系统设计王选钢，王仕明，陈丹丹，赵建宏(成都航天通信设备有限责任公司，四川成都610051)摘要:为简化自由空间激光通信的跟踪系统，本文采用四象限探测器检测目标位置，通过峰值保持电路稳定激光脉冲峰值并计算脱靶量，结合角速率和角位置信息，采用基于位置环、速率环、电流环的闭环控制算法实现视轴稳定与目标跟踪。仿真设定载体扰动

2、频率为3Hz时，系统的隔离度达到1．0%;目标位置±20°正弦变化时，能稳定跟踪;脱靶量噪声是跟踪误差的主要因素，峰值信噪比20dB时，跟踪误差0．07°。结果证明系统设计可行，为激光跟踪样机研制奠定了基础。关键词:激光跟踪;空间激光通信;四象限探测器;视轴稳定;峰值检测中图分类号:TN249文献标识码:ADOI:10．3969/j．issn．1001－5078．2017．04．008DesignoflasertrackingsystemwithquadrantdetectorWANGXuan－gang，WANGShi－mi

3、ng，CHENDan－dan，ZHAOJian－hong(ChengduAerospaceCommunicationsDeviceCompanyLimited，Chengdu610051，China)Abstract:Inordertosimplifythetrackingsystemoffreespacelasercommunication，aquadrantdetectorwasusedtodetectthetargetpositionintrackingsystem．Peakholdcircuitwasdesigned

4、tomaintainthepeakvoltageoflaserpulseandcalculatemissangle．Accordingtoanglevelocityandanglepositioninformation，Controlalgorithmbasedonposi-tionloop，velocityloopandcurrentloopwasusedtorealizeopticalaxisstabilizationandtargettracking．Theisolationis1．0%whenthesetpertur

5、bingfrequencyis3Hzinsimulation．Andthesystemcantrackthetargetstablywhentar-getpositionvariessinusoidallyfrom－20°to20°．Noiseofmissangleisthemainfactoroftrackingerror．Whenthesignaltonoiseratioofpeakis20dB，trackingerroris0．07°．Theresultsprovethatthesystemdesignisfeasib

6、le，whichprovidesagoodfoundationforthedevelopmentoflasertrackingprototype．Keywords:lasertracking;freespacelasercommunication;fourquadrantdetector;opticalaxisstabilization;peakde-tection1引言第二代光端机采用同一套光源，通过大视场四象自由空间激光通信具有通信速率高、抗干扰限探测器检测目标方位。飞机是目前激光通信链［3］性强、设备易于小型化等优点，

7、在军民领域均有良路中机动性较大的平台，本文针对机载平台振好的应用前景，国外已在星地、星空、空地、空空等动幅度大、带宽较宽的特点，设计了速率陀螺稳定链路展开了大量实验，国内主要集中于地地、星地平台，根据陀螺信息进行反向补偿，隔离平台扰［1－2］链路研究。跟踪系统是激光通信的核心技术动，保持视轴稳定;采用信号光作为信标光源，根之一，普遍采用粗跟踪与精跟踪结合的方式，国外据四象限探测器信号计算方位，实现目标角位置作者简介:王选钢(1983－)，男，博士，工程师，主要从事激光测量方面的研究。E－mail:wxg20020788@16

8、3．com收稿日期:2016－08－11激光与红外No．42017王选钢等采用四象限探测器的激光跟踪系统设计433跟踪，运动补偿与位置跟踪均采用PID控制。通过建模仿真验证了跟踪系统的性能，具有较好的实时性，跟踪精度高。2激光跟踪改进方案为实现机载平台的激光通信，轻小型跟踪系统采用两框架结