基于LightTools的激光四象限探測(cè)系統(tǒng)仿真

1.2 光學(xué)系統(tǒng)建模

光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)主要采用CodeV光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，該軟件與LightTools軟件有很好的交互性，可以直接將設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。鏡筒等機(jī)械結(jié)構(gòu)采用UG等軟件進(jìn)行建模，然后再導(dǎo)入LightTools中并進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改。建立的模型如圖2所示。

圖2.光學(xué)系統(tǒng)模型

1.3 探測(cè)器系統(tǒng)整體建模

將光學(xué)系統(tǒng)和四象限探測(cè)器按照設(shè)計(jì)要求布置在指定位置。然后在光學(xué)系統(tǒng)前面設(shè)置光源，模擬目標(biāo)光線的入射，建立探測(cè)系統(tǒng)的整體模型，如圖3所示。

圖3.探測(cè)系統(tǒng)模型

2. 系統(tǒng)仿真

2.1 和差比幅指令仿真

對(duì)于激光四象限探測(cè)系統(tǒng)，工作時(shí)光學(xué)系統(tǒng)接收并匯聚目標(biāo)漫反射的激光光束，在探測(cè)器上形成圓形光斑，光斑使每個(gè)象限都輸出一個(gè)信號(hào)，通過對(duì)各個(gè)象限輸出信號(hào)的處理可以得到目標(biāo)位置的信號(hào)。

定義4個(gè)象限輸出的信號(hào)為VA、VB、VC、VD，進(jìn)行和差比幅運(yùn)算，可以得到沿Y、Z方向的偏移量所對(duì)應(yīng)的值UY、UZ，再乘以系數(shù)K可計(jì)算出位置信息：

 （1）

 （2）

通過上面所建立的探測(cè)器模型，在仿真過程中將得到光斑在4個(gè)象限的分布，并可以記錄4個(gè)象限的能量，然后帶入（1）式和（2）式，計(jì)算得到系統(tǒng)的和差比幅指令輸出情況，如圖4所示。圖4中（a）為通過系統(tǒng)仿真得到的成像光斑；（b）為光斑落在四象限探測(cè)器上的情況。

圖4.光斑在探測(cè)器上的分布