CN113075682A - 一种基于psd传感器的目标物跟踪装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及远距离目标物跟踪设备技术领域，具体涉及一种基于PSD传感器的目标物跟踪装置。包括可转动的伺服平台；置于伺服平台上的镜头；信号处理电路；及用于对伺服平台进行控制和驱动的伺服平台控制器；镜头包括光学系统和PSD传感器，PSD传感器分别与N路信号处理电路连接；每路信号处理电路包括依次连接的前置放大器、脉冲检测器、峰值保持器、数模转换器、DSP处理器；DSP处理器的输出端与总控制器输入端连接，总控制器输出端与伺服平台控制器连接。该方案伺服平台在伺服平台控制器的控制下可以实现偏航、俯仰两个方向转动，不断对偏航、俯仰两个偏差角进行修正，使镜头对准目标物，从而实现对目标物的实时对准和跟踪，具有低成本，精度高的特点。

Description

一种基于PSD传感器的目标物跟踪装置
技术领域
本发明涉及远距离目标物跟踪设备技术领域，具体涉及一种基于PSD传感器的目标物跟踪装置。
背景技术
在对远距离目标物进行跟踪时，通常需要使用远距离目标物跟踪装置作为工具。通过远距离目标物跟踪装置作为探测器找到远距离目标物实际所在的位置，然后根据远距离目标物实际所在的位置信息对目标物进行实时跟踪。
现有技术中，常用四象限光电二极管(简称PIN，Personal IdentificationNumber的缩写)或者雪崩光电二极管(简称APD，Avalanche Photo Diode的缩写)作为探测器。
PIN探测器无法将光生载流子放大，因此信噪比和灵敏度不够理想。APD是一种具有内部增益、能将探测到的光电流进行放大的有源器件。APD的工作原理为雪崩电离效应，即在+n结附近有一高电场，光生电子和空穴在该区中被加速，获得很高的能量。如果载流子能量足够大则它将会去碰撞晶格原子，使束缚的电子电离，从而在导带和价带产生一对电子－空穴对。因碰撞产生的载流子也会被加速并继续去碰撞其他晶格原子，进一步产生电子－空穴对。但使用APD探测器成本较高，电路较复杂。
位置敏感探测器(简称PSD传感器，Position Sensitive Detector的缩写)是为适合位置、位移、距离等精确实时测量而发展起来的一种半导体光电敏感器件。它利用半导体的横向光电效应来测量入射光点的位置，属于非离散型器件。PSD传感器输出的电流随光点位置不同而连续变化，具有体积小、灵敏度高、噪声低、分辨率高、频谱响应宽、响应速度快、价格低等优点。但该种探测器还没有被应用在对远距离目标物进行跟踪的领域。
因此针对这一现状，迫切需要设计和生产一种基于PSD传感器的目标物跟踪装置，以解决现有技术中所使用的探测器信噪比和灵敏度还不够理想，成本较高，电路较复杂的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于PSD传感器的目标物跟踪装置，利用PSD传感器位置敏感探测器对远距离目标物进行跟踪，相对当前常用的PIN或者APD光电探测器对目标物进行跟踪，具有低成本，精度高的特点。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现。
一种基于PSD传感器的目标物跟踪装置，包括：
可转动的伺服平台；
置于伺服平台上的镜头；
信号处理电路；及
用于对伺服平台进行控制和驱动的伺服平台控制器；
所述镜头包括光学系统和PSD传感器，所述PSD传感器分别与N路信号处理电路连接；
所述每路信号处理电路包括依次连接的前置放大器、脉冲检测器、峰值保持器、数模转换器、DSP处理器；
所述DSP处理器的输出端与总控制器输入端连接，所述总控制器输出端与伺服平台控制器连接；
所述光学系统用于将目标物激光脉冲回波信号成像到PSD传感器上，不同角度的激光脉冲回波信号在PSD传感器上的成像位置不同；
所述PSD传感器用于根据激光脉冲回波信号的成像位置形成N路光电流；
所述前置放大器用于对光电流进行去噪和微弱信号放大；
所述脉冲检测器用于对光电流脉冲进行检测；
所述峰值保持器用于对光电流脉冲进行峰值保持；
所述数模转换器用于同步采集峰值保持后的N路光电流信号；
所述DSP处理器用于对N路光电流信号进行数字滤波、计算和标定，对目标物偏差角进行测量并将测量结果传输给总控制器；
所述伺服平台控制器用于根据从总控制器接收到的目标物位置信号控制伺服平台转动。
作为优选，所述伺服平台可实现偏航、俯仰两个方向的转动；所述PSD传感器为二维PSD传感器。
作为优选，所述N的取值为4。
作为优选，所述DSP处理器用于对偏航和俯仰两个方向的目标物偏差角进行测量。
作为优选，所述总控制器可将目标物偏差角转化为目标物位置信号，并将目标物位置信号发送给伺服平台控制器。
作为优选，所述伺服平台控制器对目标物位置信号进行修正，控制伺服平台实现对目标物的跟踪，并测量目标物运动角速度。
作为优选，所述目标物位置信号及目标物运动角速度可通过显示器显示出来。
作为优选，所述目标物位置信号为二维位置信号。
作为优选，所述脉冲检测器根据阈值对光电流脉冲进行检测。
本发明的有益效果是：
由于本方案提供的一种基于PSD传感器的目标物跟踪装置，包括可转动的伺服平台；置于伺服平台上的镜头；及用于对伺服平台进行控制和驱动的平台控制器；所述镜头包括光学系统和PSD传感器，所述PSD传感器分别与N路信号处理电路连接；每路信号处理电路包括依次连接的前置放大器、脉冲检测器、峰值保持器、数模转换器、DSP处理器；DSP处理器的输出端与总控制器输入端连接，所述总控制器输出端与平台控制器连接。该方案将光学系统和PSD传感器组成的镜头置于伺服平台上，伺服平台在伺服平台控制器的控制下可以实现偏航、俯仰两个方向转动，不断对偏航、俯仰两个偏差角进行修正，使镜头对准目标物，从而实现对目标物的实时对准和跟踪。利用PSD传感器对远距离目标物进行跟踪，相对当前常用的PIN或者APD光电探测器对目标物进行跟踪，具有低成本，精度高的特点。
附图说明
图1是本实施例提供的激光目标物照射器、目标物及目标物跟踪装置之间工作时的位置关系示意图；
图2是本实施例提供的基于PSD传感器的目标物跟踪装置的结构示意图。
1-光学系统；2-PSD传感器；3-前置放大器；4-脉冲检测器；5-峰值保持器；6-数模转换器；7-DSP处理器；8-伺服平台；9-伺服平台控制器；10-总控制器；11-激光目标物照射器；12-目标物；13-目标物跟踪装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，本方案提供的一种基于PSD传感器的目标物跟踪装置，包括光学系统1、PSD传感器2、前置放大器3、脉冲检测器4、峰值保持器5、数模转换器6、DSP处理器7、伺服平台8、伺服平台控制器9和总控制器10等部分。
所述伺服平台8可转动，作为优选方案，伺服平台8可实现偏航、俯仰两个方向的转动。
所述光学系统1和PSD传感器2组成镜头。所述镜头置于伺服平台8上并可随着伺服平台8转动。作为优选方案，所述PSD传感器2为二维PSD传感器，镜头随着伺服平台8可实现偏航、俯仰两个方向的转动。
所述PSD传感器2分别与N路信号处理电路连接。所述N的取值优选为4，但并不局限于4，即PSD传感器2与4路信号处理电路连接。每路信号处理电路包括依次连接的前置放大器3、脉冲检测器4、峰值保持器5、数模转换器6、DSP处理器7。所述DSP处理器7的输出端与总控制器10输入端连接，所述总控制器10输出端与伺服平台控制器9连接。所述伺服平台控制器9用于对伺服平台8进行控制和驱动。
所述光学系统1由数组光学镜片组成，形成聚焦光学系统。光学系统1用于将远距离目标物漫反射的激光脉冲回波信号成像到PSD传感器2上，不同角度的激光脉冲回波信号在PSD传感器2上的成像位置不同。激光脉冲回波信号角度与PSD传感器2上光斑的位置为一一对应，并且经过标定。
所述PSD传感器2为光电探测器件，检测激光脉冲回波信号在PSD传感器2上的位置，并根据激光脉冲回波信号的成像位置形成N路光电流，N路光电流与N路信号处理电路对应，每路光电流流入其中的一路信号处理电路。作为优选，所述N的取值为4，但并不局限于4，即并不局限于4路光电流。
具体的，作为优选方案，PSD传感器2对激光脉冲回波信号进行检测，并形成4路光电流，通过检测4路光电流可以计算光斑在PSD传感器2上的位置，从而计算激光脉冲回波信号的入射角度。
每路的前置放大器3对所在电路的光电流进行去噪和微弱信号放大，以便于检测。
每路的脉冲检测器4用于对所在电路的光电流脉冲进行检测。作为优选，脉冲检测器4根据阈值对所在电路的光电流脉冲进行检测。
每路的峰值保持器5用于对所在电路的光电流脉冲进行峰值保持，以便于数模转换器6进行采集。
每路的数模转换器6用于同步采集所在电路的峰值保持后的N路光电流信号,并将采集结果发送到DSP2处理器7中。
每路的DSP处理器7用于对所在电路的光电流信号进行数字滤波、计算和标定，对目标物偏差角进行测量并将测量结果传输给总控制器10。作为优选，所述DSP处理器7用于对偏航和俯仰两个方向的目标物偏差角进行测量。
所述总控制器10为时序和逻辑控制器，接收N路DSP控制器7的目标物偏差角信息，并将该目标物偏差角信息转化为目标物位置信号，然后将目标物位置信号传送给伺服平台控制器9，所述伺服平台控制器9对目标物位置信号进行修正，控制伺服平台8实现对目标物的跟踪，并测量目标物运动角速度。所述目标物位置信号优选为二维位置信号。
所述伺服平台控制器9根据从总控制器10接收到的目标物位置信号控制伺服平台8转动。具体的，伺服平台控制器9从总控制器10接收目标物位置信号，并根据该信息对伺服平台8进行控制，伺服平台8在伺服平台控制器9的控制下可以实现偏航、俯仰两个方向转动，不断对偏航、俯仰两个偏差角进行修正，使镜头对准目标物，从而实现对目标物的实时对准和跟踪。
于本实施例中，作为优选方案，所述目标物位置信号及目标物运动角速度可通过显示器显示出来。
根据图1所示，本实施例提供的激光目标物照射器11、目标物12及目标物跟踪装置13之间工作时的位置关系示意图。工作时，激光目标物照射器11和本发明提供的基于PSD传感器的目标物跟踪装置(即目标物跟踪装置13)独立放置，利用激光目标物照射器11发送高能量激光脉冲对目标物12进行照射，目标物12反射的激光脉冲回波经过大气传输到达光学系统1，经过光学系统1在PSD传感器2上形成光斑，信号处理电路检测激光光斑位置，并计算目标物12相对PSD传感器2测角装置的偏航和俯仰偏差角，发送到总控制器10，总控制器10控制伺服平台8对镜头角度进行转动，修正偏航和俯仰偏角，将其对准目标物12，从而实现对目标物12的跟踪。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种基于PSD传感器的目标物跟踪装置，其特征在于，包括：
可转动的伺服平台；
置于伺服平台上的镜头；
信号处理电路；及
用于对伺服平台进行控制和驱动的伺服平台控制器；
所述镜头包括光学系统和PSD传感器，所述PSD传感器分别与N路信号处理电路连接；
所述每路信号处理电路包括依次连接的前置放大器、脉冲检测器、峰值保持器、数模转换器、DSP处理器；
所述DSP处理器的输出端与总控制器输入端连接，所述总控制器输出端与伺服平台控制器连接；
所述光学系统用于将目标物激光脉冲回波信号成像到PSD传感器上，不同角度的激光脉冲回波信号在PSD传感器上的成像位置不同；
所述PSD传感器用于根据激光脉冲回波信号的成像位置形成N路光电流；
所述前置放大器用于对光电流进行去噪和微弱信号放大；
所述脉冲检测器用于对光电流脉冲进行检测；
所述峰值保持器用于对光电流脉冲进行峰值保持；
所述数模转换器用于同步采集峰值保持后的N路光电流信号；
所述DSP处理器用于对N路光电流信号进行数字滤波、计算和标定，对目标物偏差角进行测量并将测量结果传输给总控制器；
所述伺服平台控制器用于根据从总控制器接收到的目标物位置信号控制伺服平台转动。
2.如权利要求1所述的基于PSD传感器的目标物跟踪装置，其特征在于，所述伺服平台可实现偏航、俯仰两个方向的转动；所述PSD传感器为二维PSD传感器。
3.如权利要求1所述的基于PSD传感器的目标物跟踪装置，其特征在于，所述N的取值为4。
4.如权利要求1所述的基于PSD传感器的目标物跟踪装置，其特征在于，所述DSP处理器用于对偏航和俯仰两个方向的目标物偏差角进行测量。
5.如权利要求1至4任一项所述的基于PSD传感器的目标物跟踪装置，其特征在于，所述总控制器可将目标物偏差角转化为目标物位置信号，并将目标物位置信号发送给伺服平台控制器。
6.如权利要求5所述的基于PSD传感器的目标物跟踪装置，其特征在于，所述伺服平台控制器对目标物位置信号进行修正，控制伺服平台实现对目标物的跟踪，并测量目标物运动角速度。
7.如权利要求6所述的基于PSD传感器的目标物跟踪装置，其特征在于，所述目标物位置信号及目标物运动角速度可通过显示器显示出来。
8.如权利要求1所述的基于PSD传感器的目标物跟踪装置，其特征在于，所述目标物位置信号为二维位置信号。
9.如权利要求1所述的基于PSD传感器的目标物跟踪装置，其特征在于，所述脉冲检测器根据阈值对光电流脉冲进行检测。
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