基于四象限探测器（Four-Quadrant Detector,4-QD）的激光定位测量技术结合了光学原理和信号处理技术,具有灵敏度高、分辨率高、响应和计算速度快等优点,能够对光敏面上的照射光斑进行高精度定位检测,因而被广泛应用于军事和民用领域。然而,测量系统的非线性和测量环境的干扰等问题限制了该技术的探测性能与应用范围,具体表现为探测器及电路的非线性光电响应、光斑分布的非线性变化、测量环境中的大气扰动和多源干扰等现象。为此,本文分别针对基于4-QD的激光定位测量系统的内部结构、测量环境和标测算法等方面进行了研究和建模,围绕提升系统的响应特性、提升测量精度、扩大测量范围以及应用范围展开了深入研究。本文的主要研究内容和创新点如下:基于测量系统的工作原理和光电响应过程,对其内部结构的4个主要模块进行了研究,包括:基于光学镜头的光束汇聚模块、基于4-QD的光电响应模块、基于电路的信号转换模块及测量系统中的噪声模块。通过对这些模块的研究和建模,构建出一套基于4-QD的激光定位测量系统的数学模型。在此过程中,为了扩展测量系统对光电响应信号的读取范围,提出了一种基于非线性光电响应模型的信号解算方法:通过对输出信号的积分计算和模型反演,将脉冲电信号解算为光强信息并用于定位计算,从而扩大了测量系统的线性范围。实验结果表明:该方法的解算精度和鲁棒性会随着采样频率的提高而增强,在本文的测量系统中,当采样频率提高到200MHz之后,模型反演的误差可稳定在3%以下,由此证明本文提出的非线性响应模型和信号解算方法能够明显提升测量系统的线性视场和动态范围。为了能够定量分析测量系统在实际环境中的探测性能,分别针对测量环境中的光源特性、大气湍流和多源干扰这3个主要影响因素进行了研究和建模,最终构建了激光光源与干扰光源经过大气传输后进入探测器的多源能量分布模型。该模型结合前文的光电响应模型,能够根据设定或标定的系统参数,模拟计算出各象限的输出信号强度和波形数据,继而分析测量结果的误差分布,有助于系统设计和战场模拟。实验结果表明:本文构建的测量环境及系统光电响应模型,能够准确描述多源环境中探测器的响应特性,并模拟测量系统的输出信号,继而对测量结果进行预判和仿真。提出了一种基于4-QD的定位算法,通过添加针对视场边缘区域的修正因子,在光斑出现较大位移时,根据光轴两侧的能量比例进行算法修正,弥补了传统定位算法随着光斑移动而灵敏度降低的缺陷。改进算法保持了传统算法在精度和计算速度方面的优势,在扩展线性区间的同时无需升级系统硬件。仿真和实验结果表明:本文的改进算法在测量范围、精度和噪声鲁棒性上具有明显优势。此外,针对基于4-QD的激光测量系统,设计了一种精细化标定系统内参及环境参数的方法,并构建了相应的标定系统。实验结果表明:与传统标定方法相比,改进后的标定方法将测量精度提高了50%以上,证明本文提出的标定方法能够使系统获得更高的测量精度。基于以上对测量系统内部结构、环境影响和标测算法的研究,为了满足大视场、高精度和宽动态范围的激光告警需求,本文设计了一种基于4-QD的大视场激光告警系统,并构建了该系统的模拟样机。在传统的激光测角系统中,增加了一种基于双偏振片结构的光强自适应模块,使系统能够对照射到探测器表面的光功率进行动态调整,以适应强光照射场景的需要。实验结果表明:本文设计并构建的激光告警样机能够在±45°的测角范围内对入射激光保持误差小于1°的测角能力。