摘要：激光四象限探測系統(tǒng)是激光制導(dǎo)武器的重要組成部分，在設(shè)計階段對其性能的準確評估有利于設(shè)計方案的迭代和優(yōu)化。采用LightTools軟件對四象限探測系統(tǒng)進行了仿真建模。通過建立目標模型、光學(xué)系統(tǒng)模型和四象限探測器模型，可以有效地對系統(tǒng)進行仿真，并結(jié)合四象限探測系統(tǒng)原理，得到角度偏差的和差比幅值；建立的模型可以對系統(tǒng)的雜散光進行仿真，評估雜散光對系統(tǒng)的影響；另外，還可以模擬激光散斑效應(yīng)，分析散斑特性對探測系統(tǒng)輸出和差比幅值的影響。通過LightTools軟件建模和仿真為設(shè)計優(yōu)化提供了準確的依據(jù)。最后，通過實驗對仿真模型進行驗證，在±15°范圍內(nèi)仿真得到的和差比幅值和實驗得到的基本一致。

關(guān)鍵詞：四象限探測系統(tǒng)；LightTools；雜散光；激光散斑

引言

激光四象限探測系統(tǒng)是激光半主動導(dǎo)引頭的核心器件，可應(yīng)用于多種激光制導(dǎo)武器系統(tǒng)中。激光半主動導(dǎo)引頭的工作原理是位于彈體之外的激光目標指示器照射目標，彈上的激光制導(dǎo)導(dǎo)引頭跟蹤目標反射的激光信號，并根據(jù)此信號解算出目標信息，再由彈上計算機綜合彈體姿態(tài)信號并按照給定的制導(dǎo)形式處理成制導(dǎo)信號，輸出給執(zhí)行機構(gòu)，使武器跟蹤目標。其優(yōu)點是制導(dǎo)精度高，抗干擾能力強，結(jié)構(gòu)簡單，武器系統(tǒng)成本低。如美國的銅斑蛇和俄羅斯的紅土地激光制導(dǎo)炮彈均采用半主動激光導(dǎo)引頭，性能優(yōu)異。美國的海爾法激光制導(dǎo)導(dǎo)彈也采用半主動激光導(dǎo)引頭。

本文利用LightTools軟件仿真了激光半主動導(dǎo)引頭中的四象限探測系統(tǒng)，對系統(tǒng)的性能進行有效地評估，為設(shè)計提供依據(jù)。同時，針對激光散斑現(xiàn)象進行了分析，為系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

另外，本文還利用LightTools軟件對系統(tǒng)的雜散光情況進行了分析，進一步提升了系統(tǒng)的性能。目前，國際上最常用的光學(xué)設(shè)計分析軟件有Code V，LightTools，Tracepro，Zemax等，其中LightTools在光機系統(tǒng)一體化仿真，雜散光分析等方面具有明顯的優(yōu)勢。

1.   LightTools仿真模型建立

1.1   四象限探測器建模

四象限探測器是探測系統(tǒng)的主要部件，四象限探測器是把4個性能相同的探測器按照直角坐標系的要求排列成4個象限并集成在同一芯片上，中間由十字形分劃線隔開，如圖1所示。圖1中φ為探測器光敏元的直徑，d為分劃線寬度，A、B、C、D代表4個光敏面，即4個象限。四象限探測器具有響應(yīng)頻率快，響應(yīng)波長寬，靈敏度高，工作溫度范圍大等優(yōu)點。

圖1.四象限探測器示意圖

本文仿真的四象限探測器參數(shù)如表1所示。

表1.四象限探測器參數(shù)