一种基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置

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1.本发明涉及空间激光通信及激光雷达定位技术领域，具体涉及一种基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置。

背景技术：

2.近年来随着高速互联网、视频会议、实时流媒体等的使用越来越多，带宽和容量需求急剧增加。对数据和多媒体服务不断增长的需求已导致传统使用的射频 (rf) 频谱出现拥塞，光载波具有不需要任谱许可，高带宽和大容量等，使得空间激光通信越来越受欢迎。激光雷达可以快速精确地获取环境的深度信息，抗干扰能力强，而且受环境变化的影响小、分辨率高、成本低的优点，近年来在诸多领域得到广泛应用。本发明采用四象限探测器(qd)作为接收设置，四象限探测器是把四个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件，能将接收到的光功率转换成位置信息，相较于其他位置探测装置具有响应速度快、数据处理简单、位置分辨率高、测量精度高等优点。在空间激光通信中，将接收到的激光信号根据接收功率恢复出原始信号，并根据四象限的输出结算出位置信息。
3.若激光雷达设备只包含光束扫描与测距功能时，当多个激光雷达设备在同一场景下工作时，雷达发射激光回波信号会相互干扰，因此对于每个激光雷达设备应当具有各自标识地址（ip），使激光雷达可以不受干扰地接收和识别发射信号的回波，实现准确的测距。此外，随着物联网的发展，智能家居，智能机器人的广泛应用，不同激光雷达设备间的通信功能也变得十分重要，并且在很多复杂的通信场景下，对于激光通信终端的功能也不在仅限制于实时通信，还需要对通信设备的位置进行确定，例如，在军事，航天，无人机协作等领域，传统的单收发通信模式已经不能满足应用要求。因此如何做到产生简单实现通信、测距及定位一体化是一个难题。

技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于解决目前没有实现通信、测距及定位一体化方案的缺陷，从而提供一种基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置。
5.一种基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置，包括第一光端机和第二光端机，第一光端机和第二光端机摆放在大气信道中，且保持链路无遮挡；所述第一光端机和第二光端机结构相同，且都包括调制器、激光器、光功率放大器、四象限探测器、信号光调制及解调测控板和光学系统；第一光端机和第二光端机接收对方发送的光信号，第一光端机和第二光端机接收到光信号后，通过各自的信号光调制及解调测控板对接收到的光信号进行解算获得解算结果，所述解算结果为接收到的发射信息及位置和方位。
6.一种基于上述的基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置的通信、测距及定位一体化方法，包括以下步骤：
s1:将第一光端机和第二光端机摆放在大气信道中，并给装置供电；s2: 开启数据输入，将输入数据与伪随机码进行模二运算作为发射数据，第一光端机中通过调制器将发射数据加载在激光器上，由激光器通过外调制实现电信号到光信号的转换；s3: 第一光端机中经激光器转换后的光信号通过光功率放大器放大，并通过光学系统发射至空间中；s4: 第二光端机接收到第一光端机发送的光信号后，通过第二光端机中的光学系统汇集到第二光端机的四象限探测器上；s5: 第二光端机的四象限探测器将接收到第一光端机发送的光信号和自身发射遇到对方反射回来的光信号输出为电信号，并将电信号输出到信号光调制及解调测控板上，信号光调制及解调测控板将生成的电信号进行相关运算，分别结算出第一光端机相对于第二光端机的距离、方位以及第一光端机发送的信息；同理，第一光端机接收第二光端机的光信号，并通过第二光端机内的信号光调制及解调测控板结算出第二光端机相对于第一光端机的距离、方位以及第二光端机发送的信息。进一步，所述信号光调制及解调测控板通过算法将接收到的信号进行解算，具体为：通过测距和通信不同功能，将多组不同类型的pn码进行选择，不同类型pn码作为设备地址标识符，在通信功能时，使用与通信端相同的伪随机码；通过数字振荡器在频率字的调节，将选择的pn码生成三组不同相位的伪随机码，分别为相位超前pn1码、相位当前pn2码和相位滞后pn3码；将四象限探测器输出的电流a、b、c和d相加得到光功率生成的总电流值与所述相位超前pn1码、相位当前pn2码和相位滞后pn3进行相关运算，将当前码相关器输出值与阈值相比较进行捕获接收光信号相位、将超前码相关器输出值与滞后码相关器输出值进行比较进行跟踪接收光相位，即可完成对输入信号光的动态相位跟踪，根据当前码相关器积分输出值解调出通信信息，将四象限探测器的输出电流a、b、c、d分别通过相关器p1、相关器p2、相关器p3和相关器p4与当前码进行相关运算，输出积分器值带入四象限探测器的位置计算公式得出光斑在四象限探测器上的位置，通过光学系统的焦距以及四象限探测器上光斑位置进行简单几何计算即可得到通信端方位。
7.进一步，所述相关运算的公式为：；其中，p
i，j
(τ)为相关运算输出值，cj(t+τ)为输入光信号产生的光电流，ci(t)为压控振荡器产生的本地伪码，t为本地伪码序列周期。
8.进一步，所述计算四象限探测器上光斑相对位置后，通过中心近似法可求得四象限探测器上光斑真实位置，具体光斑相对位置计算公式为：；
；其中δx为光斑对于四象限探测器中心在x轴上的相对位置，其中δy为光斑对于四象限探测器中心在y轴上的相对位置，p
na
、p
nb、
p
nc和
p
nd
分别表示为四象限探测器的输出电流a、b、c和d通过相对应的相关器进行相关运算值。
9.进一步，所述光学系统为一组透镜或光学天线。
10.一种基于上述的基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置的测距及定位方法，包括以下步骤：t1：将第一光端机放置在距被测物体一段距离处，给装置供电；t2: 开启数据输入，将输入数据与伪随机码进行模二运算作为发射数据，通过调制器将发射数据加载在激光器上，由激光器通过外调制实现电信号到光信号的转换；t3: 转换后的光信号通过光功率放大器放大并通过光学系统发射至空间中；t4: 第一光端机接收从被测物体上反射回的光信号，并通过光学系统将光信号汇集到的四象限探测器上；t5：四象限探测器将接收到的光信号输出为电信号，并将电信号输出到信号光调制及解调测控板上，信号光调制及解调测控板将该信号分别与两组地址标识符进行相关运算，结算出被测物体相对于第一光端机的距离和方位以及第一光端机的传输信息；同理可得，第二光端机测量与被测物体的距离和方位。
11.进一步，所述信号光调制及解调测控板通过算法将接收到的信号进行解算，具体为：测距及定位时，使用与发射时相同的pn码；通过数字振荡器在频率字的调节，将选择的pn码生成三组不同相位的伪随机码，分别为相位超前pn4码，相位当前pn5码，相位滞后pn6码；当光信号触碰到待测物体时，将产生反射光斑，通过光学系统将反射光斑汇集到四象限探测器上，将所述四象限探测器输出的电流相加得到光功率生成的总电流值，将光功率生成的总电流值与所述的相位当前pn5码进行比较，即可得到飞行时间，采用飞行时间法可得到待测物体的距离；将光功率生成的总电流值与所述的相位超前pn4码、相位当前pn5码和相位滞后pn6进行相关运算，将当前码相关器输出值与阈值相比较进行捕获接收光信号相位、将超前码相关器输出值与滞后码相关器输出值进行比较进行跟踪接收光相位，即可完成对输入信号光的动态相位跟踪，将四象限探测器的输出电流a、b、c、d分别通过相关器p1、相关器p2、相关器p3和相关器p4与当前码进行相关运算，输出积分器值带入四象限探测器位置计算公式得出光斑在四象限探测器上的相对位置，根据中心近似法可得到反射光斑在四象限探测器上的实际位置，通过光学系统焦距以及四象限探测器上光斑位置进行简单几何计算即可得到待测物体方位。
12.进一步，所述飞行时间法具体公式为：；
其中，s为光端机与被测物体的距离，t为飞行时间，v为光在空气中传播的速度。
13.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
14.本发明技术方案通过利用qd四象限探测器，能实时进行与其他通信端的通信，测距以及定位，与传统雷达设备及激光雷达相比较，本发明使用设备及方法较为简单，在不增加设备复杂度的前提下，实现了通信，测距及定位的一体化；本发明采用了伪随序列，利用其良好的自相关和互相关特性，能够很好地提取低信噪比情况下的信号，提高了灵敏度，通过伪随机序列互相关特性，能够实时的进行通信、测距及定位功能；此外，不同的伪码序列又给予了每个激光通信设备特有的标识地址，使得在多个设备同时使用时不会造成相互之间干扰。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置示意图；图2为本发明装置的通信、测距及定位一体化方法的流程示意图；附图标记说明：1-第一光端机;
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2-调制器；
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3-激光器；4-功率放大器；
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5-四象限探测器；
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6-信号光调制及解调测控板；7-光学系统；
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8-第二光端机。
具体实施方式
17.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
21.请参阅图1，一种基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置，其特征在于，包括第一光端机1和第二光端机8，第一光端机1和第二光端机8摆放在大气信道中，且保持链路无遮挡；所述第一光端机1和第二光端机8结构相同，且都包括调制器2、激光器3、光功率放大器4、四象限探测器5、信号光调制及解调测控板6和光学系统7；第一光端机1和第二光端机8接收对方发送的光信号，第一光端机1和第二光端机8接收到光信号后，通过各自的信号光调制及解调测控板6对接收到的光信号进行解算获得解算结果，所述解算结果为接收到的发射信息及位置和方位。
22.本发明还包括一种上述的基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置的通信、测距及定位一体化方法，包括以下步骤：s1:将第一光端机1和第二光端机8摆放在大气信道中，并给装置供电；s2: 开启数据输入，将输入数据与伪随机码进行模二运算作为发射数据，第一光端机1中通过调制器2将发射数据加载在激光器3上，由激光器3通过外调制实现电信号到光信号的转换；s3: 第一光端机1中经激光器3转换后的光信号通过光功率放大器4放大，并通过光学系统7发射至空间中；s4: 第二光端机2接收到第一光端机1发送的光信号后，通过第二光端机2中的光学系统7汇集到第二光端机2的四象限探测器5上；s5: 第二光端机8的四象限探测器5将接收到第一光端机1发送的光信号和自身发射遇到对方反射回来的光信号输出为电信号，并将电信号输出到信号光调制及解调测控板6上，信号光调制及解调测控板6将生成的电信号进行相关运算，分别结算出第一光端机1相对于第二光端机8的距离、方位以及第一光端机1发送的信息；同理，第一光端机1接收第二光端机8的光信号，并通过第二光端机8内的信号光调制及解调测控板6结算出第二光端机8相对于第一光端机1的距离、方位以及第二光端机8发送的信息。请参阅图2，所述信号光调制及解调测控板6通过算法将接收到的信号进行解算，具体为：通过测距和通信不同功能，将多组不同类型的pn码进行选择，不同类型pn码作为设备地址标识符，在通信功能时，使用与通信端相同的伪随机码；通过数字振荡器在频率字的调节，将选择的pn码生成三组不同相位的伪随机码，分别为相位超前pn1码、相位当前pn2码和相位滞后pn3码；将四象限探测器5输出的电流a、b、c和d相加得到光功率生成的总电流值与所述相位超前pn1码、相位当前pn2码和相位滞后pn3进行相关运算，将当前码相关器输出值与阈值相比较进行捕获接收光信号相位、将超前码相关器输出值与滞后码相关器输出值进行比较进行跟踪接收光相位，即可完成对输入信号光的动态相位跟踪，根据当前码相关器积分输出值解调出通信信息，将四象限探测器5的输出电流a、b、c、d分别通过相关器p1、相关器p2、相关器p3和相关器p4与当前码进行相关运算，输出积分器值带入四象限探测器5的位置计算公式得出光斑在四象限探测器5上的位置，通过光学系统7的焦距以及四象限探测器5上光斑位置进行简单几何计算即可得到通信端方位。
23.所述相关运算的公式为：；其中，p
i，j
(τ)为相关运算输出值，cj(t+τ)为输入光信号产生的光电流，ci(t)为压控振荡器产生的本地伪码，t为本地伪码序列周期。
24.所述计算四象限探测器5上光斑相对位置后，通过中心近似法可求得四象限探测器5上光斑真实位置，具体光斑相对位置计算公式为：；；其中δx为光斑对于四象限探测器5中心在x轴上的相对位置，其中δy为光斑对于四象限探测器5中心在y轴上的相对位置，p
na
、p
nb、
p
nc和
p
nd
分别表示为四象限探测器5的输出电流a、b、c和d通过相对应的相关器进行相关运算值。
25.所述光学系统7为一组透镜或光学天线。
26.本发明还包括一种基于上述的基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置的测距及定位方法，包括以下步骤：t1：将第一光端机1放置在距被测物体一段距离处，给装置供电；t2: 开启数据输入，将输入数据与伪随机码进行模二运算作为发射数据，通过调制器2将发射数据加载在激光器3上，由激光器3通过外调制实现电信号到光信号的转换；t3: 转换后的光信号通过光功率放大器4放大并通过光学系统7发射至空间中；t4: 第一光端机1接收从被测物体上反射回的光信号，并通过光学系统7将光信号汇集到的四象限探测器5上；t5：四象限探测器5将接收到的光信号输出为电信号，并将电信号输出到信号光调制及解调测控板6上，信号光调制及解调测控板6将该信号分别与两组地址标识符进行相关运算，结算出被测物体相对于第一光端机1的距离和方位以及第一光端机1的传输信息；同理可得，第二光端机8测量与被测物体的距离和方位。
27.所述信号光调制及解调测控板6通过算法将接收到的信号进行解算，具体为：测距及定位时，使用与发射时相同的pn码；通过数字振荡器在频率字的调节，将选择的pn码生成三组不同相位的伪随机码，分别为相位超前pn4码，相位当前pn5码，相位滞后pn6码；当光信号触碰到待测物体时，将产生反射光斑，通过光学系统7将反射光斑汇集到四象限探测器5上，将所述四象限探测器5输出的电流相加得到光功率生成的总电流值，将光功率生成的总电流值与所述的相位当前pn5码进行比较，即可得到飞行时间，采用飞行时间法可得到待测物体的距离；将光功率生成的总电流值与所述的相位超前pn4码、相位当前pn5码和相位滞后
pn6进行相关运算，将当前码相关器输出值与阈值相比较进行捕获接收光信号相位、将超前码相关器输出值与滞后码相关器输出值进行比较进行跟踪接收光相位，即可完成对输入信号光的动态相位跟踪，将四象限探测器5的输出电流a、b、c、d分别通过相关器p1、相关器p2、相关器p3和相关器p4与当前码进行相关运算，输出积分器值带入四象限探测器5位置计算公式得出光斑在四象限探测器5上的相对位置，根据中心近似法可得到反射光斑在四象限探测器5上的实际位置，通过光学系统焦距以及四象限探测器5上光斑位置进行简单几何计算即可得到待测物体方位。
28.所述飞行时间法具体公式为：；其中，s为光端机与被测物体的距离，t为飞行时间，v为光在空气中传播的速度。
29.本发明还包括一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
30.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（digital subscriber line，dsl））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质（例如，软盘、硬盘、磁带）、光介质（例如，高密度数字视频光盘（digital video disc，dvd））、或者半导体介质（例如，固态硬盘（solid state disc，ssd））等。
31.在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本技术实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
32.应注意，本技术实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器（dsp）、专用集成电路（asic）、现场可编程门阵列（fpga）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本技术实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可
编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
33.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：

1.一种基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置，其特征在于，包括第一光端机（1）和第二光端机（8），第一光端机（1）和第二光端机（8）摆放在大气信道中，且保持链路无遮挡；所述第一光端机（1）和第二光端机（8）结构相同，且都包括调制器（2）、激光器（3）、光功率放大器（4）、四象限探测器（5）、信号光调制及解调测控板（6）和光学系统（7）；第一光端机（1）和第二光端机（8）接收对方发送的光信号，第一光端机（1）和第二光端机（8）接收到光信号后，通过各自的信号光调制及解调测控板（6）对接收到的光信号进行解算获得解算结果，所述解算结果为接收到的发射信息及位置和方位。2.一种基于权利要求1所述的基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置的通信、测距及定位一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：s1:将第一光端机（1）和第二光端机（8）摆放在大气信道中，并给装置供电；s2: 开启数据输入，将输入数据与伪随机码进行模二运算作为发射数据，第一光端机（1）中通过调制器（2）将发射数据加载在激光器（3）上，由激光器（3）通过外调制实现电信号到光信号的转换；s3: 第一光端机（1）中经激光器（3）转换后的光信号通过光功率放大器（4）放大，并通过光学系统（7）发射至空间中；s4: 第二光端机（2）接收到第一光端机（1）发送的光信号后，通过第二光端机（2）中的光学系统（7）汇集到第二光端机（2）的四象限探测器（5）上；s5: 第二光端机（8）的四象限探测器（5）将接收到第一光端机（1）发送的光信号和自身发射遇到对方反射回来的光信号输出为电信号，并将电信号输出到信号光调制及解调测控板（6）上，信号光调制及解调测控板（6）将生成的电信号进行相关运算，分别结算出第一光端机（1）相对于第二光端机（8）的距离、方位以及第一光端机（1）发送的信息；同理，第一光端机（1）接收第二光端机（8）的光信号，并通过第二光端机（8）内的信号光调制及解调测控板（6）结算出第二光端机（8）相对于第一光端机（1）的距离、方位以及第二光端机（8）发送的信息。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信号光调制及解调测控板（6）通过算法将接收到的信号进行解算，具体为：通过测距和通信不同功能，将多组不同类型的pn码进行选择，不同类型pn码作为设备地址标识符，在通信功能时，使用与通信端相同的伪随机码；通过数字振荡器在频率字的调节，将选择的pn码生成三组不同相位的伪随机码，分别为相位超前pn1码、相位当前pn2码和相位滞后pn3码；将四象限探测器（5）输出的电流a、b、c和d相加得到光功率生成的总电流值与所述相位超前pn1码、相位当前pn2码和相位滞后pn3进行相关运算，将当前码相关器输出值与阈值相比较进行捕获接收光信号相位、将超前码相关器输出值与滞后码相关器输出值进行比较进行跟踪接收光相位，即可完成对输入信号光的动态相位跟踪，根据当前码相关器积分输出值解调出通信信息，将四象限探测器（5）的输出电流a、b、c、d分别通过相关器p1、相关器p2、相关器p3和相关器p4与当前码进行进行相关运算，输出积分器值带入四象限探测器（5）的位置计算公式得出光斑在四象限探测器（5）上的位置，通过光学系统（7）的焦距以及四象限探测器（5）上光斑位置进行简单几何计算即可得到通信端方位。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述相关运算的公式为：；其中，p
i，j
(τ)为相关运算输出值，c
j
(t+τ)为输入光信号产生的光电流，c
i
(t)为压控振荡器产生的本地伪码，t为本地伪码序列周期。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算四象限探测器（5）上光斑相对位置后，通过中心近似法可求得四象限探测器（5）上光斑真实位置，具体光斑相对位置计算公式为：；；其中δx为光斑对于四象限探测器（5）中心在x轴上的相对位置，其中δy为光斑对于四象限探测器（5）中心在y轴上的相对位置，p
na
、p
nb、
p
nc和
p
nd
分别表示为四象限探测器（5）的输出电流a、b、c和d通过相对应的相关器进行相关运算值。6.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述光学系统（7）为一组透镜或光学天线。7.一种基于权利要求1所述的基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置的测距及定位方法，其特征在于，包括以下步骤：t1：将第一光端机（1）放置在距被测物体一段距离处，给装置供电；t2: 开启数据输入，将输入数据与伪随机码进行模二运算作为发射数据，通过调制器（2）将发射数据加载在激光器（3）上，由激光器（3）通过外调制实现电信号到光信号的转换；t3: 转换后的光信号通过光功率放大器（4）放大并通过光学系统（7）发射至空间中；t4: 第一光端机（1）接收从被测物体上反射回的光信号，并通过光学系统（7）将光信号汇集到的四象限探测器（5）上；t5：四象限探测器（5）将接收到的光信号输出为电信号，并将电信号输出到信号光调制及解调测控板（6）上，信号光调制及解调测控板（6）将该信号分别与两组地址标识符进行相关运算，结算出被测物体相对于第一光端机（1）的距离和方位以及第一光端机（1）的传输信息；同理可得，第二光端机（8）测量与被测物体的距离和方位。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述信号光调制及解调测控板（6）通过算法将接收到的信号进行解算，具体为：测距及定位时，使用与发射时相同的pn码；通过数字振荡器在频率字的调节，将选择的pn码生成三组不同相位的伪随机码，分别为相位超前pn4码，相位当前pn5码，相位滞后pn6码；当光信号触碰到待测物体时，将产生反射光斑，通过光学系统（7）将反射光斑汇集到四
象限探测器（5）上，将所述四象限探测器（5）输出的电流相加得到光功率生成的总电流值，将光功率生成的总电流值与所述的相位当前pn5码进行比较，即可得到飞行时间，采用飞行时间法可得到待测物体的距离；将光功率生成的总电流值与所述的相位超前pn4码、相位当前pn5码和相位滞后pn6进行相关运算，将当前码相关器输出值与阈值相比较进行捕获接收光信号相位、将超前码相关器输出值与滞后码相关器输出值进行比较进行跟踪接收光相位，即可完成对输入信号光的动态相位跟踪，将四象限探测器（5）的输出电流a、b、c、d分别通过相关器p1、相关器p2、相关器p3和相关器p4当前码进行进行相关运算，输出积分器值带入四象限探测器（5）位置计算公式得出光斑在四象限探测器（5）上的相对位置，根据中心近似法可得到反射光斑在四象限探测器（5）上的实际位置，通过光学系统焦距以及四象限探测器（5）上光斑位置进行简单几何计算即可得到待测物体方位。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述飞行时间法具体公式为：；其中，s为光端机与被测物体的距离，t为飞行时间，v为光在空气中传播的速度。10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求2-5任一项所述方法的步骤。

技术总结

本发明具体涉及一种基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置，包括第一光端机和第二光端机，第一光端机和第二光端机摆放在大气信道中，且保持链路无遮挡；所述第一光端机和第二光端机结构相同，且都包括调制器、激光器、光功率放大器、四象限探测器、信号光调制及解调测控板和光学系统；第一光端机和第二光端机接收到对方发送的光信号及自身发射遇到对方反射回来的信号光，第一光端机和第二光端机接收到光信号后，通过各自的信号光调制及解调测控板对接收到的信号光进行解算获得解算结果，所述解算结果为接收到的通信信息及位置和方位。本发明使用设备及方法较为简单，在不增加设备复杂度的前提下，实现了通信，测距及定位的一体化。及定位的一体化。及定位的一体化。