1 基本原理
光電定向是指用光電系統(tǒng)測(cè)定目標(biāo)的方向，這是光學(xué)雷達(dá)和光學(xué)制導(dǎo)的重要組成部分[1]，利用光電系統(tǒng)可以直接、間接測(cè)定目標(biāo)的方向，該系統(tǒng)主要由發(fā)射部分、光電探測(cè)器，信號(hào)處理電路，A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
2 具體實(shí)現(xiàn)
2.1 發(fā)射部分
光發(fā)射電路主要由光源驅(qū)動(dòng)器、光源（主要是半導(dǎo)體光源，包括LED（發(fā)光二極管），LD（激光二極管）等）、光功率自動(dòng)控制電路等部分組成，我們用NE555組成的脈沖發(fā)射電路來(lái)驅(qū)動(dòng)650nm的激光器，為了使半導(dǎo)體激光器克服供電電源波動(dòng)、器件老化等因素的影響，確保激光器輸出功率穩(wěn)定，還必須有自動(dòng)功率大電流電感器控制電路。
2.2 接扁平型電感收部分
接收部分主要由四象限光電探測(cè)器組成，四象限光電探測(cè)器是把4個(gè)性能完全相同的光電二極管按照直角坐標(biāo)要求排列而成的光電探測(cè)器件，目標(biāo)光信號(hào)經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后在四象限光電探測(cè)器上成像，如圖2所示[2]，一般將四象限光電探測(cè)器置于光學(xué)系統(tǒng)焦平面上或稍離開(kāi)焦平面，當(dāng)目標(biāo)成像不在光軸上時(shí)，4個(gè)象限上探測(cè)器輸出的光電信號(hào)幅度不相同，比較4個(gè)光電信號(hào)的幅度大小可以知道目標(biāo)成像在哪個(gè)象限上（也就知道了目標(biāo)的方位）。
四象限光電探測(cè)器是通過(guò)測(cè)量來(lái)自激光束的電感器生產(chǎn)光斑質(zhì)心的位置變化，并借助某種算法來(lái)同時(shí)確定光斑的兩個(gè)方向的偏移量，如圖3所示[3]，光斑被四個(gè)象限分成A、B、C、D等4個(gè)部分，其面積分別為s1、s2、s3、s4，對(duì)因的4個(gè)象限產(chǎn)生的阻抗電流分別為i1、i2、i3、i4。由i1＋i4和i2＋i3的比例可以確定橫向偏移量，i1＋i2和i3＋i4的比例可以確定縱向偏移量。
采用的算法是：
式中：k比例系數(shù)，是一常量。
當(dāng)光斑中心與四象限光電探測(cè)器中心一致時(shí)，4個(gè)象限陰極產(chǎn)生的阻抗電流i1、i2、i3、i4都相等，兩個(gè)方向的直線度誤差為0，當(dāng)兩者中心步重合時(shí)，兩個(gè)方向的偏移量可以由上式求出。
2.3 信號(hào)處理電路
四象限光電探測(cè)器將接收的4路光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大后送入信號(hào)處理部分，單脈沖定向系統(tǒng)中，光脈沖通常由激光產(chǎn)生，其脈沖寬度一般為幾十納秒量級(jí)，也許更窄。而重復(fù)頻率比較低，一般為幾十赫，這種信號(hào)要用來(lái)指示或控制，需要經(jīng)過(guò)放大與展寬。由于4路相同，4路信號(hào)采用完全相同的電路，首先通過(guò)放大器對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)送入展寬電路（見(jiàn)圖4）進(jìn)行展寬，展寬實(shí)質(zhì)上是峰值保持的一個(gè)特例，由于脈共模電感器沖寬度極窄要求電路響應(yīng)快，又要保持響度較長(zhǎng)的時(shí)間，而且還需要有較高的線性輸出，所以展寬電路實(shí)質(zhì)上是用于將目標(biāo)脈沖信號(hào)在顯示時(shí)有一個(gè)持續(xù)時(shí)間，以便觀察。
2.4 A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)部分
實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字顯示必須對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)需要考慮轉(zhuǎn)換的精度和速度，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)決定了轉(zhuǎn)換電感器生產(chǎn)廠家的精度，時(shí)鐘頻率決定了轉(zhuǎn)換的速度，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)再送入單片機(jī)[4]，然后通過(guò)RS－232連接線與計(jì)算機(jī)相連，在計(jì)算機(jī)上顯示數(shù)字輸出。
在光電定向?qū)嶒?yàn)儀中，單片機(jī)的任務(wù)是：4路信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，與上位機(jī)的串口通信，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)單片機(jī)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。
單片機(jī)的整體程序框圖如圖5所示。
