Kalmanova filtrace pro odhad pozice laserového paprsku

Abstract

Tato práce se zaměřuje na použití Kalmanova filtru v reálném čase ke zpracování údajů o poloze získaných ze čtyřkvadrantové fotodiody. Tato fotodioda detekuje horizontálně vysílaný laserový paprsek procházející zemskou atmosférou. Ke zpracování dat se používá vývojová deska Nucleo-STM32 Nucleo-64 (STM32F401RE) a k převodu fotoproudu na napětí se používá navržená deska plošných spojů (PCB). Práce také porovnává filtrovaná a nefiltrovaná s algoritmem klouzavého průměru. Dále popisuje různé typy fotodiod, principy jejich činnosti, použití a rozdíly. Dále jsou popsány metody detekce polohy paprsku. Jsou shrnuty vlastnosti šíření paprsku v optice ve volném prostoru a nakonec jsou popsány typy Kalmanových filtrů, jejich limity a aplikace.

This thesis focuses on using a Kalman filter in real time to process position data obtained from a four-quadrant photodiode. This photodiode detects a horizontally transmitted laser beam passing through the Earth's atmosphere. The Nucleo-STM32 Nucleo-64 development board (STM32F401RE) is used to proces the data and a custom-designed printed circuit board (PCB) is used to convert the photocurrent to voltage. The thesis also compares filtered and unfiltered data with a moving average algorithm. Additionally, it describes different types of photodiodes, their operating principles, applications, and differences. Next, methods for detecting beam position are described. The properties of beam propagation in free space optics (FSO) are summarized and finally types of Kalman filters, their drawbacks, and their applications are also described.