【摘 要】
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激光定位技术广泛应用在激光制导、工业精密检测以及自由光通信等领域。本文以激光制导作为应用背景设计一套基于四象限探测器QD的精密激光定位系统。文中对常见的三种光电探测器的原理和优缺点进行对比分析,最后结合本文应用选择四象限探测器QD作为激光定位系统的核心器件。QD输出四路光斑位置信息电流,需要进行放大采集以便于定位计算,设计了放大滤波电路和基于高速AD9226采集转换电路。通过主控核心FPGA驱动A
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激光定位技术广泛应用在激光制导、工业精密检测以及自由光通信等领域。本文以激光制导作为应用背景设计一套基于四象限探测器QD的精密激光定位系统。
文中对常见的三种光电探测器的原理和优缺点进行对比分析，最后结合本文应用选择四象限探测器QD作为激光定位系统的核心器件。QD输出四路光斑位置信息电流，需要进行放大采集以便于定位计算，设计了放大滤波电路和基于高速AD9226采集转换电路。通过主控核心FPGA驱动AD并控制SDRAM及USB3.0FX3实现对数据的采集转换和缓冲存储传输。数据缓存部分使用双片SDRAM构成乒乓操作实现数据实时缓存读写，用FIFO解决异步数据传输的问题。本系统设计以激光制导为背景，实际应用中会受到干扰，硬件部分加入了伪随机码和波门锁定从而减少干扰保证精度。通过NIOSII软核对采集数据进行定位算法处理，最后将解算位置信息通过USB3.0传输到上位机进行显示和存储，便于Matlab对数据进行处理。介绍了几种常用光斑定位算法，结合几何近似法和多项式拟合法提出改进的光斑定位拟和算法并对其进行了仿真验证，搭建整个实验系统通过实验对比几何近似法与拟合算法的误差，证明拟合算法的优越性，减少了运算量与参数的同时提升了精度。
通过实验对四路放大电路进行了测试，放大倍数满足要求。在实验其他条件完全相同时，对比不同光斑半径下几何近似法和拟合算法的误差和均方根误差，都是拟合算法优于几何近似法，使用光斑定位拟合算法在（-0.8mm~0.8mm）检测范围内的定位分辨率优于3.5μm。整套系统可实际应用在实时检测和精密定位的相关领域。
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