【摘 要】
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激光具有方向性好、相干性强、单色性好等优点,广泛应用于激光通信、激光制导和光镊技术等多个领域。高精度的激光定位技术是激光应用系统的基础。在常用于定位的光电探测器中,四象限探测器（QD）具有位置分辨率高,响应频率高,处理电路简单等优点。因此基于四象限探测器的高精度激光定位技术研究具有很好的研究价值和应用前景。由于实际应用中,光斑形状特征对四象限探测器的定位精度有很大影响,而基于高斯圆能量分布的传统定
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激光具有方向性好、相干性强、单色性好等优点,广泛应用于激光通信、激光制导和光镊技术等多个领域。高精度的激光定位技术是激光应用系统的基础。在常用于定位的光电探测器中,四象限探测器（QD）具有位置分辨率高,响应频率高,处理电路简单等优点。因此基于四象限探测器的高精度激光定位技术研究具有很好的研究价值和应用前景。由于实际应用中,光斑形状特征对四象限探测器的定位精度有很大影响,而基于高斯圆能量分布的传统定位算法仅在理想状态下有较好效果。为了提高四象限探测器在光斑形状不理想时的定位精度,论文提出了基于高斯椭圆能量分布模型的方法,并改进了传统基于四象限探测器的定位系统的光路设计,通过仿真和实验分析证明了该方案能在椭圆光斑入射时有效提高定位精度,为后续的定位技术研究了新思路。本文着力于高精度的激光定位技术研究,主要工作分为以下三个方面:首先介绍了激光定位技术的基本原理、发展和实际的应用价值,并概述了国内外激光定位的总体研究现状及基于四象限探测器的定位技术的研究情况,指出当前研究的创新点与可改进的方面。为了更好地研究算法,论文详细介绍了基于四象限探测器的激光定位技术的基本知识及其定位系统组成和评价指标。其次针对现阶段定位算法的效果进行了分析,对常见的定位算法进行研究。分析了包括基于圆模型定位算法、基于高斯分布的定位算法、基于多项式拟合的定位算法以及基于数据库查询的定位算法,并通过推导和仿真,分析了不同算法在实际激光定位应用中的优缺点。最后为了解决传统定位算法精度不高的问题,论文提出了一种全新的基于高斯椭圆光斑能量分布的定位算法。基于高斯椭圆光斑能量分布的定位算法的主要贡献在于:（1）改进了基于QD的激光定位系统的光路设计;（2）结合图像处理的方法解决了获取复杂模型参数的问题;（3）用神经网络改进了传统的多项式拟合方法,进一步提高了定位精度。通过仿真和实验分析表明该算法能有效提高椭圆光斑的定位精度,并为后续提高QD定位精度的研究提供新的思路。
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