| 1 基本原理
光電定向是指用光電系統(tǒng)測定目標(biāo)的方向,這是光學(xué)雷達(dá)和光學(xué)制導(dǎo)的重要組成部分[1],利用光電系統(tǒng)可以直接、間接測定目標(biāo)的方向,該系統(tǒng)主要由發(fā)射部分、光電探測器,信號(hào)處理電路,A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器組成,結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
2 具體實(shí)現(xiàn)
2.1 發(fā)射部分
光發(fā)射電路主要由光源驅(qū)動(dòng)器、光源（主要是半導(dǎo)體光源,包括LED（發(fā)光二極管）,LD（激光二極管）等）、光功率自動(dòng)控制電路等部分組成,我們用NE555組成的脈沖發(fā)射電路來驅(qū)動(dòng)650nm的激光器,為了使半導(dǎo)體激光器克服供電電源波動(dòng)、器件老化等因素的影響,確保激光器輸出功率穩(wěn)定,還必須有自動(dòng)功率控制電路。
2.2 接收部分 接收部分主要由四象限光電探測器組成,四象限光電探測器是把4個(gè)性能完全相同的光電二極管按照直角坐標(biāo)要求排列而成的光電探測器件,目標(biāo)光信號(hào)經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后在四象限光電探測器上成像,如圖2所示[2],一般將四象限光電探測器置于光學(xué)系統(tǒng)焦平面上或稍離開焦平面,當(dāng)目標(biāo)成像不在光軸上時(shí),4個(gè)象限上探測器輸出的光電信號(hào)幅度不相同,比較4個(gè)光電信號(hào)的幅度大小可以知道目標(biāo)成像在哪個(gè)象限上（也就知道了目標(biāo)的方位）。 四象限光電探測器是通過測量來自激光束的光斑質(zhì)心的位置變化,并借助某種算法來同時(shí)確定光斑的兩個(gè)方向的偏移量,如圖3所示[3],光斑被四個(gè)象限分成A、B、C、D等4個(gè)部分,其面積分別為s1、s2、s3、s4,對(duì)因的4個(gè)象限產(chǎn)生的阻抗電流分別為i1、i2、i3、i4。由i1＋i4和i2＋i3的比例可以確定橫向偏移量,i1＋i2和i3＋i4的比例可以確定縱向偏移量。
采用的算法是：
式中：k比例系數(shù),是一常量。
當(dāng)光斑中心與四象限光電探測器中心一致時(shí),4個(gè)象限陰極產(chǎn)生的阻抗電流i1、i2、i3、i4都相等,兩個(gè)方向的直線度誤差為0,當(dāng)兩者中心步重合時(shí),兩個(gè)方向的偏移量可以由上式求出。
2.3 信號(hào)處理電路
四象限光電探測器將接收的4路光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào),經(jīng)過放大后送入信號(hào)處理部分,單脈沖定向系統(tǒng)中,光脈沖通常由激光產(chǎn)生,其脈沖寬度一般為幾十納秒量級(jí),也許更窄。而重復(fù)頻率比較低,一般為幾十赫,這種信號(hào)要用來指示或控制,需要經(jīng)過放大與展寬。由于4路相同,4路信號(hào)采用完全相同的電路,首先通過放大器對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行放大,放大后的信號(hào)送入展寬電路（見圖4）進(jìn)行展寬,展寬實(shí)質(zhì)上是峰值保持的一個(gè)特例,由于脈沖寬度極窄要求電路響應(yīng)快,又要保持響度較長的時(shí)間,而且還需要有較高的線性輸出,所以展寬電路實(shí)質(zhì)上是用于將目標(biāo)脈沖信號(hào)在顯示時(shí)有一個(gè)持續(xù)時(shí)間,以便觀察。
2.4 A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)部分
實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字顯示必須對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,A/D轉(zhuǎn)換時(shí)需要考慮轉(zhuǎn)換的精度和速度,A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)決定了轉(zhuǎn)換的精度,時(shí)鐘頻率決定了轉(zhuǎn)換的速度,通過A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)再送入單片機(jī)[4],然后通過RS－232連接線與計(jì)算機(jī)相連,在計(jì)算機(jī)上顯示數(shù)字輸出。
在光電定向?qū)嶒?yàn)儀中,單片機(jī)的任務(wù)是：4路信號(hào)的數(shù)據(jù)采集,與上位機(jī)的串口通信,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),通過單片機(jī)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。
單片機(jī)的整體程序框圖如圖5所示。
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66821730(技術(shù)支持)
