四象限探测器组件在激光制导技术中的应用

High & New Technology

︱12︱2016年10期

四象限探测器组件在激光制导技术中的应用

邓 松

国营长虹机械厂，广西 桂林 541002

摘要：激光制导技术在国内外都有很高的发展和应用空间，其普遍运用于导弹、炸弹等精确制导武器的研制，所以在精准上有很高的要求。而四象限探测组件的特点就是精准度高，并且制作简单，成本也很低，所以在激光制导中有广泛的应用前景和应用市场。

关键词：激光制导；四象限探测组件；精准度高；光电探测组件

中图分类号：TN249 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2016）10-0012-01

1 关于四象限探测组件的基本介绍 1.1 四象限探测组件的基本结构 四象限探测组件是光电探测组件的一种，它之所以叫四象限探测组件，是因为它由四个性能完全相同（物理的理想形态）的光电二极管按照直角坐标要求排列而成，从而形成光电探测组件。在物理学中，光电二极管是神奇的半导体器件，它虽然也是由一个P-N 结组成，但是不同于普通二极管的整流作用，它可以把光信号转换成电信号。光电二极管在制作时，会尽量使P-N 结的相对面积大些，这样可以更好地接收入射的光线。而光的变化可以使光电二极管电流的变化，把光信号转变成电信号，成为光电传感器。 1.

2 四象限探测组件的原理和应用 四象限探测组件是利用集成电路光刻技术，将光敏面划分为四个形状和面积完全相同、且相对于光轴位置对称的区域，每个区域相当于一个光电二极管。利用光学成像的原理，一般会将四象限探测器放置于光学系统焦平面附近，根据四个象限上输出的电信号幅度的大小可以确定目标的成像位置。当激光照射光学元件时，在四象限光电探测器的光敏面上会产生一个成像光斑。如果目标在光轴上，其成像光斑相对于光轴是对称的，四个光电二极管接收的激光能量相同；如果目标偏离光轴，四个光电二极管被激光照射的面积不再相同，导致输出的光电流产生差异。通过一系列的解算，就可以得到很精准的信息。由于它的精准度高，误差很小，所以是一个相对理想的测量工具。它可以不用触碰、没有破坏的去进行测量，极大地提高了测量数据的精准度。 2 关于激光制导技术的原理和应用 2.1 激光制导技术的种类 （1）激光半主动式制导。它主要利用载机或地面上的激光源照射目标，通过导弹的激光导引头接收从目标反射回来的激光，从而将导弹导引至目标。（2）激光主动式制导，也叫主动成像制导，它的激光照射源安装在导弹的导引头上，通过接收的激光，对激光进行处理，达到自行控制导弹的目的。它的结构简单，自动化程度高，是激光制导技术中应用最广泛的一种。（3）激光驾束式制导。激光照射源先捕获并跟踪目标,给出目标的方位信息，然后以最佳角度发射导弹，使它进入激光束内。在飞行过程中导弹通过接收器确定制导的误差量，并实时进行修正，使弹体与激光束始终保持重合，最终导引至目标。 2.2 激光制导的优势和特点 激光制导的最大优势就是精准性。1968年，美军在越南战场使用的第一代“宝石路Ⅰ”激光制导炸弹，是激光制导型武器的首次实战应用。它的CEP 为3m，相对于普通炸弹的精准度提高了约100倍。其后继发展型号“宝石路Ⅱ”的命中精度更是达到了1m 以内，这些都说明了激光制导的精准性。此外，激光制导还有很强的抗干扰能力，其单色性很好，光束的发散角也很小，对红外、雷达等则具有复合制导的功能，所以它不仅命中率很高，还可以应对各种复杂的作战环境。 2.

3 激光制导技术的应用 三种激光制导技术在不同的方向上有不同的应用。对于目前的激光制导技术来说，采用更多的是主动式激光制导方法，它无论是运用在导弹或者炸弹上，都给它们的制作带来很高的精准度，也在减少误差上起到了很大的作用，适用于在空中打击地面目标。 3 激光制导对光电探测组件的要求 3.1 光电探测器的光敏面积相对要大 光电探测器较大的光敏面积可以增加导引头的跟踪视场角，提高系统的稳定性。光敏面的形状可以是不固定的，但是在工程实际应用中，较多的选择圆形。虽然光电探测器的光敏面积要大，但是不能一味的增加光敏面的面积，如果光敏面太大，它的光电参数（如响应速度、暗电流等）将变差会相应的变差。所以，光敏面不可以只片面地追求面积，应该根据设计指标及要求参数的不同，合理选择光敏面的大小。 3.2 光电探测组件要有较高的灵敏度 为了在制导中更多的利用激光的能量，需要更大限度的接受激光，所以需要提高光电探测器的灵敏度。提高光电探测器灵敏度有以下几种方法:⑴可以相对的提高放大器组件的带宽。放大器组件的带宽决定了接受脉冲能量的多少，所以为了可以更好的接收激光脉冲的能量，要适当的提高带宽。⑵选择低噪声系数的高频晶体管。在光电探测组件中，噪声会对点路的输入和输出产生一定的影响。所以较小的噪声也可以提高光电探测组件的灵敏度。⑶合理的设计集成工艺，让光电探测器可以得到很好的散热性能。这样可以达到保护电路的作用，也提高了光电探测组件的灵敏度。

3.3 光电探测组件要有较大的动态范围 因为激光的能量是不稳定的，很多因素都会引起激光能量的衰减，所以激光制导的探测系统的动态范围很大。而制导的距离通常在几千米以上，要求的动态范围是它的几万倍甚是更多。所以就要求光电探测组件的动态范围也要很大，通常用控制信号的自动增益的方法，来加大光电探测组件的动态范围。 4 激光制导技术中的四象限探测组件的作用

4.1 四象限探测组件提高了激光制导的精准度 四象限探测组件的基本构成是光电二极管，光电二极管是在物理学中一个相对理想的模型，它的光敏面的面积适中，它的一些电光参数非常符合激光制导的需要。它也具有较高的灵敏度。激光制导中，激光的能量损失是一个很大的问题，它的能量受大气的影响会有很大的能量损耗，致使它的精准度有一定的偏差。所以在选择

光电探测组件时，应当注意它的接受信号的敏感度。 4.2 四象限探测组件在激光制导中具有一定的经济价值 在激光制导中有很多的光电探测组件，在这些光电探测组件中四象限探测组件，是非常具有经济价值的一个光电探测组件。它的结构非常简单，只有四个光电探测组件，它的造价成本非常的低，但是它在激光制导技术中，却又有很大的应用。它的制作简单，结构密集，精准度又非常的高，大大的提高了激光制导技术的精准度，减少了激光制导技术中误差。 4.3 四象限探测组件在激光制导中的有效应用，可以促进激光制导技术的研究和发展 激光制导技术具有很大的应用前景，这项技术可以大大提高导

武器的精准度，对一个国家的武器研发是非常重要的。所以我们再利用激光制导技术时，也要不断的去提高它的精准度，同时把技术成本降到最低，这样我们在光电探测组件上的选取就显得十分重要。而在光电探测组件中，成本低，而精准度又相对理想的，非四象限探测组件莫属。所以四象限探测组件对提高激光制导技术的精准度有着重要的意义。 5 结束语 激光制导技术对与导武器的研究是非常重要的，在激光制导技术中的光电探测组件是重要的组成部分。研究导武器需要高标准的

精准度，又因为光电探测组件应用在激光制导技术中的每个环节，所以一个精准度高且成本低的光电探测组件，可以让激光制导技术得到更有效的提高，制作出更精准的导武器。而四象限探测组件是在光电探测组件中，是比较优质的一个组件。它的结构相对简单，材料也相对的便宜，又因为它是光学二极管组成的，它的精准度非

常的高，误差也相对较小，是理想的物理模型。 参考文献 [1]王兵,王伟国,郭汝海.基于四象限探测器的监视对准实验[J].光机电信息,2011(12). [2]王巍,白晨旭,冯其,武逶,张爱华,冯世娟.PN 四象限探测器输出特性的改进研究[J].半导体光电,2012(06). [3]向勇军,黄烈云,李作金.高阻p 型硅大面积四象限探测器的研制[J].半导体光电,2012(03).