基于SPGD算法的可扩展波前控制软件设计及实验研究

发布时间：2021-05-07 15:58

　　光束在自由空间传输过程中会受到大气湍流的影响而产生波前畸变,这对光学系统的成像质量及性能产生了影响。自适应光学技术（AO）是解决这一问题的有效途径。相比传统AO技术,无波前传感AO系统不需要进行波前传感,通过获取目标函数,进行优化算法迭代,并控制校正器件进行相位补偿即可实现波前畸变的校正,具有结构简单,成本低等优点。然而,实际应用及实验中的AO系统用来获得目标函数的光电探测器,对光场相位进行调控的相位校正器件都有所不同。因此波前控制软件结构框架需要具有能扩展,易复用的特点。本文针对大气环境中不同应用背景下对无波前自适应光学系统中不同探测器、校正器的需求,开展了基于随机并行梯度下降（SPGD）算法的可扩展波前控制软件的开发以及实验验证工作。首先,本文基于相位屏法数值仿真了静态及动态大气湍流,并设计了基于SPGD算法的无波前自适应闭环仿真程序。通过该程序仿真分析了优化参数选取范围,较为系统地给出了不同大气湍流强度、不同风速条件下该系统的校正效果,对比分析了不同湍流条件对算法收敛的影响。设计了一套基于SPGD算法的可扩展波前控制软件并给出了扩展方法。整个波前控制程序采用面向对象的思想设计,功... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 自适应光学原理及发展
        1.1.1 自适应光学原理
        1.1.2 自适应光学发展
    1.2 无波前自适应光学系统原理及发展
        1.2.1 无波前自适应光学优化算法
        1.2.2 波前控制器
        1.2.3 波前校正器
    1.3 大气湍流及其发展现状
        1.3.1 大气湍流发展现状
        1.3.2 大气湍流模拟器现状
        1.3.3 论文内容及安排
第二章 基于SPGD算法的无波前自适应光学系统原理仿真
    2.1 无波前自适应光学系统数值仿真模型
    2.2 大气湍流数值仿真
        2.2.1 大气湍流参数
        2.2.2 相位屏法模拟大气湍流
        2.2.3 动态大气湍流数值仿真
    2.3 SPGD算法仿真
        2.3.1 性能评价函数分析模块
        2.3.2 SPGD算法
        2.3.3 波前校正器模块
    2.4 仿真结果
        2.4.1 算法参数选取
        2.4.2 校正效果分析
        2.4.3 动态湍流校正效果
    2.5 本章小结
第三章 无波前传感AO波前控制软件开发及闭环系统设计
    3.1 可扩展的波前控制软件设计思路
    3.2 基于SPGD算法的波前控制软件
        3.2.1 程序总体设计
        3.2.2 图像采集模块
        3.2.3 波前校正器模块
        3.2.4 算法模块
    3.3 无波前AO闭环系统实现
        3.3.1 变形镜
        3.3.2 液晶空间光调制器
        3.3.3 闭环系统搭建
    3.4 波前控制软件扩展
    3.5 本章小结
第四章 无波前自适应光学闭环实验
    4.1 液晶模拟静态湍流下的校正实验
        4.1.2 算法参数选取
        4.1.3 收敛效果分析
        4.1.4 不同强度湍流下的校正能力
    4.2 液晶模拟动态湍流下的校正实验
        4.2.1 实验原理
        4.2.2 收敛效果分析
    4.3 热风式大气湍流模拟系统下的动态校正实验
        4.3.1 热风式湍流模拟装置
        4.3.2 实验系统原理
        4.3.3 校正效果分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 研究内容及结论
    5.2 主要创新点
    5.3 工作展望
参考文献
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]349单元自适应光学波前处理器[J]. 王建立,董玉磊,姚凯男,林旭东,杨乐强,刘欣悦,王亮,陈璐.  光学精密工程. 2018(05)
[2]自适应光学发展综述[J]. 姜文汉.  光电工程. 2018(03)
[3]液晶自适应光学系统中倾斜镜的建模与控制[J]. 王玉坤,胡立发,王冲冲,宣丽.  光学精密工程. 2016(04)
[4]对流式湍流模拟装置湍流模拟稳定性研究[J]. 倪小龙,宋卢军,姜会林,付强,刘艺,张肃,刘智.  激光与光电子学进展. 2015(10)
[5]32路光纤激光相干阵列的相位锁定[J]. 粟荣涛,周朴,王小林,马阎星,许晓军.  强激光与粒子束. 2014(11)
[6]星-地激光大气湍流传输的时域特性模拟[J]. 向劲松,李晓双,陈绍娟,吴金勇.  激光与红外. 2014(05)
[7]采用Zernike多项式对大气湍流相位屏的仿真和验证[J]. 王奇涛,佟首峰,徐友会.  红外与激光工程. 2013(07)
[8]用于光传输实验研究的湍流箱的设计和特性分析[J]. 李岩,宗飞,强希文,赵军卫,韩燕,冯建伟,胡月宏.  红外与激光工程. 2010(05)
[9]SPGD算法光束净化中光强起伏对校正效果的影响研究[J]. 王小林,王三宏,周朴,马浩统,马阎星,许晓军,刘泽金,赵伊君.  光学学报. 2010(05)
[10]基于随机并行梯度下降算法光纤激光相干合成的高精度相位控制系统[J]. 王小林,周朴,马阎星,马浩统,许晓军,刘泽金,赵伊君.  物理学报. 2010(02)

博士论文
[1]提高液晶自适应光学系统校正速度的研究[D]. 刘超.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012

硕士论文
[1]基于无波前探测的大气光通信自适应补偿方法研究[D]. 于诗杰.西安电子科技大学 2014
[2]基于DSP的随机并行梯度下降自适应光学控制平台研究[D]. 王国松.国防科学技术大学 2010



本文编号：3173675