位置敏感探测器在头位跟踪中的应用研究

论文题目: 位置敏感探测器在头位跟踪中的应用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 光学工程

作者: 陶忠祥

导师: 宋建中

关键词: 头位跟踪器,位置敏感探测器,数学模型,误差分析

文献来源: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 本论文对位置敏感探测器(PSD)在头位跟踪系统中的应用进行了研究。研究涉及了头位跟踪及PSD 的理论、头位跟踪模型及相应的实现技术。论文以基于PSD 的头位跟踪系统实现方案为宗旨,从理论和实践两个方面研究了实现过程中所涉及的关键问题和技术。论文包括以下诸方面内容。对目前国际国内头位跟踪技术的研究现状进行了综述。以头位跟踪技术为主线,阐述了与论文直接相关的基本理论和关键技术。介绍了位置敏感探测器的理论、特点及分析方法,并提出了PSD 在头位跟踪系统中的应用,为后续研究做了必要的铺垫。建立了以单个PSD 为测量器件、四个红外发光二极管为辐射源的头位跟踪模型。根据待测参数的数量,分别提出了两自由度和六自由度的两种数学模型,并推导出了参数求解的解析表达式,从理论上完成了对头位跟踪系统的建模。建立了验证头位跟踪系统模型的硬件实验系统。基于此实验系统,对应用PSD 的头位跟踪系统模型进行了实验验证,得出相应的实验数据。实验结果证明本文所提出的基于PSD 的头位跟踪模型是完全可行的。对所提出的头位跟踪系统模型进行了详细的误差分析。分析结果表明,影响系统精度的主要原因是成像综合分辨率和系统信噪比,它们分别对应着系统误差和随机误差。提高这两项指标可以相应地提高头位跟踪系统的测量精度。

论文目录:

1 绪论

1.1 头位跟踪技术概述

1.1.1 研究头位跟踪技术的意义

1.1.2 头位跟踪技术的发展简史及国内外研究现状

1.1.3 头位跟踪系统的主要技术参量

1.1.4 实现头位跟踪的主要技术手段

1.2 位置敏感探测器简介

1.3 论文的主要研究工作

1.4 论文的结构

2 位置敏感探测器

2.1 PSD 工作的理论基础

2.1.1 PN 结横向光电效应

2.1.2 Lucovsky 方程

2.2 PSD 的主要结构和性能

2.2.1 PSD 的结构

2.2.2 PSD 的性能

2.3 PSD 的分析方法

2.3.1 PSD 的解析分析

2.3.2 基于FlexPDE 的PSD 的数值分析

2.4 PSD 光斑测量方法

2.4.1 幅度法测量

2.4.2 相位法测量

3 基于PSD 的头位跟踪模型

3.1 概述

3.1.1 由内向外型(Inside-out)系统

3.1.2 由外向内型(Out-inside)系统

3.2 基于单PSD 的头位跟踪系统组成

3.3 两自由度参数模型

3.4 六自由度参数模型

4 基于PSD 的头位跟踪系统实验

4.1 实验装置的组成

4.1.1 红外辐射源

4.1.2 光学镜头

4.1.3 PSD

4.2 PSD 的非线性校正

4.2.1 基于传统位置计算公式的非线性修正方法

4.2.2 PSD 位置计算公式的改进

4.3 信号处理

4.3.1 同步脉冲产生电路

4.3.2 红外驱动电路

4.3.3 PSD 信号处理电路

4.3.4 数据采集及接口

4.4 实验结果

5 误差分析

5.1 影响系统精度的主要因素

5.1.1 暗电流的影响

5.1.2 杂散光的影响

5.1.3 镜头畸变的影响

5.1.4 噪声的影响

5.1.5 PSD 定位误差的影响

5.2 系统误差分析

5.2.1 两自由度模型下的结果

5.2.2 六自由度模型下的结果

5.3 随机误差分析

5.3.1 两自由度模型下的结果

5.3.2 六自由度模型下的结果

5.4 误差的综合

6 总结与展望

6.1 全文总结及论文的创新点

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简历

作者在攻读博士学位期间发表的论文

博士学位论文原创性声明

发布时间: 2006-03-14

参考文献

[1].基于多准直光的位姿测量方法及应用研究[D]. 吕勇.北京交通大学2015

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