四象限激光探测器在动力陀螺中的应用研究

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　　摘 要：半自动激光探测和导体制造始于20世纪60年代，是一种新型的制导技术。四象限激光探测器应用于经典动力陀螺仪，检测激光脉冲信号，完成激光目标捕获和目标偏差信号计算。它不仅解决了体积小、重量轻、成本低的问题，而且还继承了激光探测与动力陀螺的优越性，解决了抗干扰、去耦和精度等关键技术。
　　关键词：激光 探测器 动力陀螺
　　中图分类号：TN24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）04（a）-0014-02
　　1 激光导引装置简介
　　激光引导装置主要由动力陀螺稳定系统和电子电路组成。
　　动力陀螺稳定系统主要有两个功能：一是稳定光轴；另一种是接收控制信号以驱动光轴跟踪目标视轴。稳定系统主要由动力陀螺仪，光学系统和四象限激光探测器组成。
　　电子电路主要有两个功能：一是激光信号解码和偏差信号解；另一种是计算陀螺仪驱动信号，进动陀螺仪使光轴接近于弹轴并减小偏移角。
　　激光导向装置的工作原理如下：激光导向装置采用动态陀螺稳定系统，陀螺系统、光学系统和四象限激光探测器同时固定连接和偏转，激光光束通过光学系统将其集中到四象限激光探测器以形成激光脉冲。在通过激光信号解码信号并且求解偏差信号之后，提取目标位置，并通过控制算法将其转换为与视线的角速度成比例的信号，并输出到陀螺仪线圈组件。驱动陀螺仪指向目标，使光轴接近目标轴。
　　2 动力陀螺稳定系统
　　内框架型和外框架型是动态陀螺稳定系统的两种典型结构，即转子的内或外安装框架结构。典型的动力陀螺稳定系统包括光学陀螺转子，绕线组件和探测组件。光学陀螺转子安装在具有两个自由度的万向节上，由一对杆永磁转子和一个光学会聚系统组成；陀螺转子由绕线组件驱动，以高速旋转，带来大的角动量矩。由此，光轴被稳定，同时利用了由绕线组件中的进动线圈产生的磁场与磁钢之间的相互作用，使得陀螺轉子部件在某个方向上被进动并且 以一定的角速度来实现目标跟踪。
　　3 四象限激光探测
　　3.1 四象限激光探测原理
　　四象限检测器属于光电二极管检测器，这四个器件完全相同且独立。检测原理是：当激光束从目标折回并由光学系统收集时，在四个检测器的光敏表面上形成光斑。四个检测器分别产生电流。当探测器的中心与光点的中心重合时，四个检测器的光斑面积相等。因此，四个检测器输出的电流是相同的。当探测器的中心与光斑的中心不一致时，四个检测器的输出是电流不同。根据四个检测器的当前电流变化，可以计算目标在光敏表面上的坐标位置，从而通过电流值来检测目标的坐标位置。
　　因为在工程实践中，光斑面积和探测器尺寸等主要参数不同，计算点坐标的公式为：
　　检测器中心处的光点的偏差，映射激光目标在引导装置的视场内的角度偏差。利用该激光检测原理，获得光敏表面上光点的偏移误差，并获得目标的角度误差。
　　3.2 设计中的几点注意
　　四象限光学系统是散焦非成像系统。位置信息由落在四个探测器上的能量计算。位置分辨精度的重要因素是光斑的能量分布，因此散焦光斑的均匀性、对称性有更高的要求。
　　散焦光学系统是根据视场要求、光敏表面的大小和激光目标的特性设计的。重点有两个方面：首先，研究光敏表面位置精度与激光光斑区域之间的关系，确保光敏表面的激光光斑区域通过设计固化；第二是使用光学滤波器设计来考虑无用的杂散光，减少系统干扰。
　　根据经验，光敏表面面积与光斑面积的最佳比例为4∶1。在设计光学系统时，必须考虑光斑的散焦量可在一定范围内调节。
　　4 结语
　　四象限激光探测器应用于经典动力陀螺仪，不仅解决了体积小，重量轻，成本低的问题，而且还继承了激光探测和动力陀螺的优越性，解决了抗干扰、去耦、精度等关键技术是激光探测系统的新发展方向。
　　参考文献
　　[1] 郭战兵.便携式红外寻的防空导弹——红外导引头[J].上海航天，1998（4）：51-61.
　　[2] 甘子怡.浅议激光的原理及应用[J].中国高新区，2017（15）：40.
　　[3] 颜世刚，齐亚峰.舰炮建模仿真应用研究[J].兵器装备工程学报，2019，40（2）：10.
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