基于模型辨识的自适应光学系统控制技术研究

发布时间：2021-03-04 16:28

　　自适应光学技术能够实时补偿光在传输过程中由传输介质引起的随机波前畸变,进而被广泛应用天文观测、空间目标观测和激光传输等系统。近年来,随着相关理论和技术的不断发展,自适应光学技术在光通信、医学成像、激光加工等众多领域取得了进一步的应用。波前控制作为自适应光学系统的关键技术之一,直接影响自适应光学系统的波前校正性能。目前,大多数自适应光学系统采用的算法是简单且易于实现的比例积分控制,但是其控制参数调节多依赖人为经验,且控制性能和稳定性难以兼顾。虽然有很多自适应光学控制的算法被提出,如鲁棒控制、预测控制、最优控制等,但大多数局限于理论仿真和实验室研究,离实际应用还存在一定距离,少部分算法实际应用又具有局限性。目前,随着自适应光学应用领域的拓展和对控制性能要求的不断提高,控制算法难以满足实际需求。因此,为了解决自适应光学系统的控制难题,本文提出采用线性二次高斯控制方法。首先,针对线性二次高斯控制需要精度较高的被控对象系统模型问题,本文根据自适应光学系统实际工作情况,提出了基于变量带误差模型的子空间辨识方法。利用自适应光学系统的输入与输出数据,建立了自适应光学系统的状态空间模型。仿真结果表明了所... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

自适应光学系统结构图

孔径的光斑发生偏移，根据每个子孔径的光斑偏移量向的平均斜率：( , )d d2 2( , )d d2 2i ic xi Si ic yi SX I f x y fX x y GI S xY I f x y fY x y GI S yλ λπ πλ λπ π Φ = = = Φ= = = ，f 是微透镜的焦距；Ii是第 i 个像素所接到的信号坐标；（Xc，Yc）为光斑的质心坐标；S 是子孔径的方向和 Y 方向的平均斜率。波前传感器所测到的波前的波前复原或是波前校正器的控制电压的计算。

这是由于压电陶瓷驱动器位移分辨率高、控制方便。压电陶瓷变形镜的工作原理如图1.3 所示，通过变形镜驱动器拉伸或是压缩的方式使变形镜产生不同的镜面面形，继而可以产生与畸变波前互补的波前相位[75]。本文所采用的变形镜是压电陶瓷变形镜。图 1.3 压电陶瓷变形镜原理示意图Figure 1.3 The principle diagram of PZT deformable mirror波前控制系统被称为自适应光学系统的“大脑”。波前控制系统主要的职责是根据波前传感器探测到的畸变波前的斜率信息，复原出波前校正器所要施加的电压，通过控制器运算、数模转换和高压放大后发送到波前校正器。波前控制系统的工作流程如图 1.4 所示，图像采集主要负责波前传感器相机的采集以及数据的处理，并将有效子孔径的数据分配到相对应的波前斜率计算单元里；斜率计算主要负责实时计算所有有效子孔径的波前斜率，得到斜率向量；波前复原是通过波前复原计算，得到波前误差向量，其实质是一个矩阵运算的过程；控制运算主


本文编号：3063533