在星间激光通信中，精跟踪单元常采用四象限探测器用于光斑位置定位，定位误差的大小直接影响精跟踪单元的测角精度。为实现微弧度量级的测角精度，文章研究了影响探测器定位误差的各个噪声因素，并根据星间光通信的实际情况进行了简化分析，提出了定位误差的具体计算方法，最后通过具体算例评估了各噪声因素的影响程度。研究结果表明，提高发射功率可以在一定范围内提高接收端信号的信噪比，减小定位误差，进而减小测角误差，提高测角精度。但定位误差并非随发射功率的增大而线性减小，当发射功率增大到一定程度之后，定位误差的减小有限，这时再单纯通过增大发射功率来提高测角精度代价将非常大。

分析了以卡塞格林（卡式）望远系统作为光学天线时, 大气激光通信捕获、对准和跟踪系统中四象限光电探测器光敏面上环形光斑位置检测的误差问题。基于光斑中心遮挡与死区感应光能量的等同效应, 理论推导了入射环形光斑偏移量与光斑中心坐标、探测器死区宽度和环形光斑内外圆半径之间关系的数学模型。数值仿真和实验结果表明: 与完整高斯光斑相比, 环形光斑的探测线性范围较小, 检测灵敏度较低。根据实验条件选择合适的卡式光学天线或光斑半径, 使遮光比为30%时探测器的探测线性范围最大, 不会出现非线性误差。所提环形光斑误差补偿算法克服了光斑中心遮挡带来的位置检测误差, 探测器探测精度可达0.0015 mm。

介绍了基于压电陶瓷 (PZT)的激光干涉系统中若干信号同步问题: 首先, 针对采集卡 D/A驱动 PZT和 A/D高速采样二者的同步处理, 介绍了分别利用 Visual C++改进软件算法和软硬件相结合实现同步的两种方法, 并通过绘制 PZT线性特性曲线比较两种同步方法的优劣; 其次, 针对常用采集卡对多路信号的采集是异步的, 且采样频率越低, 误差越大的问题, 通过增加采集卡模拟量输入 (IA)通道使用数目的方式, 对四象限光电管四路信号进行对称布置的方法消除采样间隔引起的误差, 实现相邻象限相差的高精度识别, 同时起到了一定的滤波作用; 最后, 利用频谱特性分析了移动平均的滤波效果。实验结果表明该同步技巧能较大提高相差的识别精度, 滤波算法能较好滤去背景光强及光电子器件引起的噪声。

为了实现二维小角度的测量，采用压电陶瓷(PZT)驱动方式，获取运动的干涉条纹。利用数值积分法推导了理想干涉条纹下，条纹宽度、条纹方向角与光电探测器各象限信号相位的关系，解出了各象限相位等效点，并建立了激光光束夹角与条纹形状之间的模型。应用椭圆最小二乘拟合算法，实现了四象限探测器相位信息的有效提取，达到识别条纹宽度和方向角的目的。二维偏转角的测量实验结果表明，该方法能够满足对工作台角度偏转量等精密测量的要求，即使是在干涉条纹形状不规则、工作台运动频率不严格一致的环境下，对条纹形状的识别精度也很高，重复性好。

探测器数学模型是探测器实施精确探测的基础。通过分析探测器光路建立了一个较为完整的四像限光电探测器的光路数学模型,考虑了探测器在安装过程中发生的偏移位置及其偏移量、光敏面的离焦量、探测器结构参数等对光信号到电信号的转换的影响。在建立俯仰偏移、横滚偏移和方位偏移三种特定情况下探测器模型的基础上,给出了探测器的三自由度安装位置、光敏面的离焦量、光信号等与输出信号的一般关系式。比较在给定相同光路参数条件下探测器光路数学模型的理论输出信号波形与实测输出信号波形,结果表明,两者信号波形相似。比较模型输出与实际输出信号的两个特征参数,即信号过零点的切线的斜率与截距,可以发现,特征参数的差别小于0.01,因此,四像限光电探测器数学模型的输入输出关系与探测器实际输入输出关系是一致的,可以用该模型实施探测器探测,这为光电探测器进一步的研究与应用,实现无实验样本探测提供了参考。