PSD空间定位及抗干扰研究

摘要

位置敏感探测器(Position sensitive detector，简称PSD)是一种基于非均匀半导体横向光电效应的、对入射光或粒子位置敏感的光电器件。 本文从PSD阵列的定位原理入手，研究了双二维PSD轴线平行放置时的定位算法。对各种一维二维PSD组合进行了分析，结合工程实际，简化了定位算法。把PSD阵列平行放置的定位区域划分成了三个区，分别讨论了三个定位区域的特点；根据前人研究的倾斜PSD阵列的定位算法，提出改进算法。改进算法后，三角函数运算量减少，有利于工程运用。基于改进算法，分析了倾斜PSD阵列定位的特点，以及几种极限情况下的定位特征。结合两种PSD放置方式的算法特点，提出了一种统一算法。针对平行阵列和倾斜阵列两种情况进行了算法仿真，分析了两种情况下量程、误差以及部分参数对误差和量程的影响。 分析了PSD抗干扰的原理和方法，着重研究了调制光强抗干扰的数学模型和硬件实现。设计了调制光抗干扰的滤波器、包络检波以及相敏检波的硬件实现，分析了包络检波和相敏检波的误差来源，并利用事先标定硬件误差，软件补偿的方法进行误差修正。制作了电路板，编写了单片机程序，实现最基本探测和输出功能，为进一步工程化打下了基础。

目录

文摘

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声明

1.绪论

1.1光电位置传感器概论

1.2PSD研究发展历史及状况

1.3课题背景和意义

1.4课题主要工作

2.位置探测器原理、结构及功能特性

2.1横向光电效应

2.2二维PSD结构

2.3二维PSD特性

3.PSD抗干扰研究

3.1背景光对光电位置敏感器件位置精度的影响

3.2光学抗干扰

3.3预采集抗干扰

3.4光强调制抗干扰

3.4.1正弦调制光抗干扰

3.4.2脉冲幅度调制抗干扰

3.4.3正弦调制和脉冲幅度调制比较

3.5.4光强调制抗干扰总结

3.6神经网络抗干扰研究

3.7总结

4.PSD阵列空间定位理论研究

4.1双一维PSD定距算法

4.2双二维PSD平行阵列目标定位算法

4.2.1算法数学模型

4.2.2定位系统算法参数计算

4.3单二维PSD和单一维PSD阵列定位算法研究

4.3.1定位算法研究

4.3.2PSD阵列定位范围划分

4.4倾斜PSD阵列空间定位研究

4.4.1定位原理分析

4.4.2改进算法研究

4.5 PSD阵列空间定位统一算法

4.6空间定位误差分析

4.6.1水平PSD阵列定位误差分析

4.6.2倾斜PSD阵列定位误差分析

4.6.3定位误差总结

4.7算法仿真

4.7.1双二维平行阵列定位仿真

4.8.2双二维倾斜定位仿真

4.8.3仿真总结

4.9 小结

5.定位系统硬件设计

5.1光学系统设计

5.2光源选择

5.3调制信号产生电路设计

5.3.1高精度正弦波振荡电路设计

5.3.2脉冲调制波形发射器

5.4滤波器设计

5.4.1基于MAX264的高通滤波器设计

5.4.2基于MAX295的低通滤波器设计

5.4.3滤波器电路仿真

5.5放大电路设计

5.5.1运算放大器分析

5.5.1电路原理设计

5.6采样保持电路

5.7包络检波

5.7.1包络检波基本电路设计

5.7.2包络检波幅值误差分析

5.8同步检波

5.8.1同步检波基本电路设计

5.8.2相移误差分析和补偿算法

5.8.3锁相环在同步检波中的运用

5.9软件设计

5.10 PSD定位单元硬件

5.11小结

6.总结与展望

致谢

参考文献

附录