一种光电探测器阵列的标定方法及其系统技术方案

本发明专利技术属于光电测量领域，特别涉及一种光电探测器阵列的标定方法及其系统。所述标定方法包括以下步骤：步骤S1：根据太阳的运动轨迹转动光电探测器阵列，使得所述靶面始终与太阳光成预定角度；步骤S2：测量光电探测器阵列中各探测单元的响应度，得到光电探测器阵列的响应度矩阵；步骤S3：根据响应度矩阵来检测光电探测器阵列中有无损坏单元；步骤S4：根据响应度矩阵对光电探测器阵列进行一致性标定。通过本发明专利技术可以实现对太阳光的实时追踪，实现不同入射角度下的响应度一致性标定。入射角度下的响应度一致性标定。入射角度下的响应度一致性标定。

【技术实现步骤摘要】
一种光电探测器阵列的标定方法及其系统


[0001]本专利技术属于光电测量领域，特别涉及一种光电探测器阵列的标定方法及其系统。

技术介绍

[0002]光电探测器基于光辐射与物质的相互作用，将光信号转换为电信号，广泛应用于成像、通信、遥感、光度计量等领域。探测器的输出电信号与输入光信号之间的比值称为探测器响应度，一般在出厂前经过严格标定。对于探测器与其他光学元件如衰减器、滤光器等结合后形成的探测单元，输出电信号与输入单元的光通量的比值可以理解为单元响应度，通常在单元组装后还需进一步标定。
[0003]当探测单元被集成为阵列时，可用以接收光束，测量截面光斑的强度分布，进一步计算束宽、环围功率、质心抖动、质心剖线等激光诊断参数。其中强度分布的准确测量要求阵列中各单元保持响应度一致，而由于单元加工组装差异的影响，各单元响应度之间往往具有一定差异，需要经过一致性标定处理。
[0004]具体操作为：使用标定中获取的响应度矩阵而非单一响应度来处理实测中获取的电信号矩阵，以消除响应度差异带来的误差。另外为了标定结果的普适性，还会进行多种场景下的标定，例如多入射角度、多波长、多温度等。
[0005]常用的标定方法有以下几种：
[0006]方法一：使用小截面激光束逐个扫描单元，保证各单元的输入光信号为相同的已知量，再使用统一光信号处理输出的电信号矩阵得到响应度矩阵。此方法对光源要求较低，计算简单明确，但对扫描装置的移动精度要求严格，且标定时间较长。
[0007]方法二：对大截面光束进行分束，一束照射阵列靶面进行整靶标定，另一束输入相机等成像设备中实时获取强度分布作为对照组，再使用对照组数据处理输出电信号矩阵得到响应度矩阵。此方法标定时间短，但由于存在成像系统，实验平台设计较为复杂，且没有保证各单元入光量一致，在标定中忽略了入光功率大小对响应度的影响。
[0008]方法三：使用大截面准直平顶光作为标定光源，由于光束截面的强度分布均匀，使用功率计测量部分截面光斑的总功率就可以获取整光斑的功率密度，无需扫描照射和分光成像，因此标定误差小，标定时间短，实验相对简单。但对于常用激光器，输出大截面的准直平顶光需要精密复杂的扩束与整形处理，操作比较繁杂。
[0009]现有的标定方法均存在一定的缺陷，因此现在亟需一种快速、简洁且成本低的光电探测器阵列标定方法。

技术实现思路

[0010]针对上述问题，本专利技术公开了一种光电探测器阵列的标定方法，其特征在于，所述标定方法包括以下步骤：
[0011]步骤S1：根据太阳的运动轨迹转动光电探测器阵列，使得所述靶面始终与太阳光成预定角度；
[0012]步骤S2：测量光电探测器阵列中各探测单元的响应度，得到光电探测器阵列的响应度矩阵；
[0013]步骤S3：根据响应度矩阵来检测光电探测器阵列中有无损坏单元；
[0014]步骤S4：根据响应度矩阵对光电探测器阵列进行一致性标定。
[0015]进一步的，所述步骤S1具体包括：
[0016]步骤S11：获取光电探测器阵列及其转台的GPS定位信息和时间信息；
[0017]步骤S12：根据GPS定位信息和时间信息计算太阳位置及其运动轨迹；
[0018]步骤S13：根据太阳位置及其运动轨迹计算光电探测器阵列与其成预定角度所需要的运动轨迹，使得所述靶面随着太阳光方向变化始终与其成预定角度。
[0019]进一步的，所述步骤S2具体包括：
[0020]步骤S21：获取预定角度下光电探测器阵列输出的电信号矩阵；
[0021]步骤S22：在获取电信号矩阵时同步获取太阳光的入射功率，并计算太阳光的功率密度，其中入射功率为一段时间内的平均功率；
[0022]步骤S23：根据太阳光的功率密度和探测单元的入光口径计算各个探测单元的入光功率；
[0023]步骤S24：根据电信号矩阵和各个探测单元的入光功率计算各个探测单元的响应度，得到光电探测器阵列的响应度矩阵。
[0024]进一步的，所述步骤S24之后还包括：
[0025]步骤S25：重复步骤S22
‑
S24，直至所述响应度矩阵稳定为止；
[0026]步骤S26：改变预定角度，重复S21
‑
S25，获取不同预定角度对应的响应度矩阵。
[0027]进一步的，所述步骤S3具体包括以下步骤
[0028]步骤S31：检查响应度矩阵中是否存在有元素与其他元素相差超过预定阈值的元素；
[0029]步骤S32：若存在，则进一步判断该元素在其他预定角度下的响应度矩阵中是否同样超过预定阈值；
[0030]步骤S33：若同样超过预定阈值，则判断该元素为坏点，对该元素对应的探测单元进行更换，并重复执行步骤S1
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S3，直至无坏点出现为止。
[0031]进一步的，所述步骤S4具体包括以下步骤：步骤S41：获取探测器阵列实际工作中输出的电信号矩阵，并测量光束入射角度；
[0032]步骤S42：根据响应度矩阵和所述电信号矩阵计算校准后的入光功率矩阵；
[0033]步骤S43：根据校准后的入光功率矩阵和探测单元的入光口径计算校准后的入光功率密度矩阵。
[0034]本专利技术的另一实施例中还公开了一种光电探测器阵列的标定系统，所述标定系统包括载物台、支架、底座、光电探测器阵列和功率计；
[0035]所述底座与支架之间转动连接，所述支架与所述载物台之间转动连接，其中底座与支架之间的转动方向和述支架与所述载物台之间的转动方向垂直；
[0036]所述功率计和光电探测器阵列安装在所述载物台上，并且功率计感光面与光电探测器阵列的靶面在同一个平面内。
[0037]进一步的，所述标定系统还包括：
[0038]驱动单元，用于控制底座与支架之间的转动角度和述支架与所述载物台之间的转动角度，使得所述光电探测器阵列的靶面与太阳光之间始终保持预定角度；
[0039]数据处理单元，用于根据太阳位置及其运动轨迹计算光电探测器阵列的运动轨迹，并向驱动单元发送驱动指令。
[0040]在本专利技术的另一实施例中还公开了一种计算机可读存储介质，介质上存有计算机程序，计算机程序运行后执行上述实施例中任一项所述的光电探测器阵列的标定方法。
[0041]在本专利技术的另一实施例中还公开了一种计算机设备，包括处理器、存储介质，存储介质上存有计算机程序，处理器从存储介质上读取并运行计算机程序以执行上述实施例中任一项所述的光电探测器阵列的标定方法。有益效果
[0042]1.使用太阳光作为准直平顶光源标定光电探测器阵列的响应度一致性，计算方便、精准度高、节约成本。
[0043]2.采集星图数据控制转台，实现对太阳光的实时追踪，可以使得转台所载阵列与太阳光成设定角度，进而可标定阵列在不同入射角度下的响应度一致性。
[0044]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电探测器阵列的标定方法，其特征在于，所述标定方法包括以下步骤：步骤S1：根据太阳的运动轨迹转动光电探测器阵列，使得所述靶面始终与太阳光成预定角度；步骤S2：测量光电探测器阵列中各探测单元的响应度，得到光电探测器阵列的响应度矩阵；步骤S3：根据响应度矩阵来检测光电探测器阵列中有无损坏单元；步骤S4：根据响应度矩阵对光电探测器阵列进行一致性标定。2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：步骤S11：获取光电探测器阵列及其转台的GPS定位信息和时间信息；步骤S12：根据GPS定位信息和时间信息计算太阳位置及其运动轨迹；步骤S13：根据太阳位置及其运动轨迹计算光电探测器阵列与其成预定角度所需要的运动轨迹，使得所述靶面随着太阳光方向变化始终与其成预定角度。3.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S21：获取预定角度下光电探测器阵列输出的电信号矩阵；步骤S22：在获取电信号矩阵时同步获取太阳光的入射功率，并计算太阳光的功率密度，其中入射功率为一段时间内的平均功率；步骤S23：根据太阳光的功率密度和探测单元的入光口径计算各个探测单元的入光功率；步骤S24：根据电信号矩阵和各个探测单元的入光功率计算各个探测单元的响应度，得到光电探测器阵列的响应度矩阵。4.根据权利要求3所述的标定方法，其特征在于，所述步骤S24之后还包括：步骤S25：重复步骤S22
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S24，直至所述响应度矩阵稳定为止；步骤S26：改变预定角度，重复S21
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S25，获取不同预定角度对应的响应度矩阵。5.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤步骤S31：检查响应度矩阵中是否存在有元素与其他元素相差超过预定阈值的元...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯再红，秦来安，张巳龙，何枫，罗杰，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：