基于LightTools的激光四象限探测系统仿真

1.2 光学系统建模

光学系统设计时主要采用CodeV光学设计软件，该软件与LightTools软件有很好的交互性，可以直接将设计好的系统进行转化。镜筒等机械结构采用UG等软件进行建模，然后再导入LightTools中并进行简单的修改。建立的模型如图2所示。

图2.光学系统模型

1.3 探测器系统整体建模

将光学系统和四象限探测器按照设计要求布置在指定位置。然后在光学系统前面设置光源，模拟目标光线的入射，建立探测系统的整体模型，如图3所示。

图3.探测系统模型

2. 系统仿真

2.1 和差比幅指令仿真

对于激光四象限探测系统，工作时光学系统接收并汇聚目标漫反射的激光光束，在探测器上形成圆形光斑，光斑使每个象限都输出一个信号，通过对各个象限输出信号的处理可以得到目标位置的信号。

定义4个象限输出的信号为VA、VB、VC、VD，进行和差比幅运算，可以得到沿Y、Z方向的偏移量所对应的值UY、UZ，再乘以系数K可计算出位置信息：

 （1）

 （2）

通过上面所建立的探测器模型，在仿真过程中将得到光斑在4个象限的分布，并可以记录4个象限的能量，然后带入（1）式和（2）式，计算得到系统的和差比幅指令输出情况，如图4所示。图4中（a）为通过系统仿真得到的成像光斑；（b）为光斑落在四象限探测器上的情况。

图4.光斑在探测器上的分布