自适应光学系统稳定性评价方法研究

发布时间：2023-12-10 07:57

　　自适应光学(AO)技术被广泛应用于各类光学系统,以提高系统的光学性能。一直以来,对AO系统的研究主要关注其光学性能指标,为了获得更高的成像能力,不断尝试增加校正器的单元数,提高探测单元的探测精度,提升信号处理速度等。这些改进也使AO系统的复杂程度不断提高,对系统稳定性提出挑战。这种挑战主要来自两方面:一方面面对复杂的系统,无法建立准确的评估模型,来衡量系统各个环节异常对系统整体产生的影响;另一方面是AO系统在向着超大型和小型化发展时,应用场景变得复杂,以往依赖人工的系统状态检测变得难以为继,意外风险升高。智能检测各环节异常造成的AO系统失稳是本文讨论重点。本文的研究基于经典的夏克-哈特曼探测器与连续面型分立式变形镜组成的AO系统,希望通过对AO系统闭环过程的仿真与分析,研究系统运行失稳时的信号特征及各环节异常对系统的影响。同时,探究机器学习中适用于这几类异常的识别方法,将其应用于AO系统失稳检测,以达到智能评估系统稳定性的目的。具体工作如下:1.建立了一套127单元AO系统仿真平台,对AO系统各环节进行仿真,中间过程可观测,可控制,避免了实际系统中数据采集不便,以及进行破坏性试验成本过...

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 自适应光学系统简介
    1.2 AO系统组成与性能评价
        1.2.1 波前传感性能评价
        1.2.2 波前校正性能评价
        1.2.3 波前信号处理与控制性能评价
        1.2.4 大气湍流参数与AO系统光学性能指标
    1.3 AO系统稳定性研究
        1.3.1 经典控制理论稳定性评价
        1.3.2 改进控制算法提高系统稳定性
        1.3.3 机器学习方法
    1.4 本文结构
第2章 AO系统失稳分析与检测方法
    2.1 AO系统失稳分析
        2.1.1 AO系统信号特征
        2.1.2 AO系统失稳因素
    2.2 机器学习中的异常检测方法
        2.2.1 基于模型的方法
        2.2.2 基于距离的方法
        2.2.3 基于聚类的方法
        2.2.4 其他异常检测方法
    2.3 时间序列分析方法
        2.3.1 平稳性判断
        2.3.2 单元时间序列建模
第3章 AO系统失稳信号仿真与分析
    3.1 本章概述
    3.2 经典AO系统仿真
        3.2.1 HS仿真模型
        3.2.2 DM仿真模型
        3.2.3 PI控制器与时间延迟
        3.2.4 系统优化
    3.3 失稳信号仿真
        3.3.1 正常运行数据分析
        3.3.2 HS异常仿真
        3.3.3 DM异常仿真
第4章 AO系统失稳检测
    4.1 本章概述
    4.2 DM失稳检测方法实现
        4.2.1 聚类方法
        4.2.2 KNN方法
        4.2.3 ARIMA方法
    4.3 斜率异常引起的DM失稳检测
    4.4 失稳检测方法对比
第5章 实验平台与稳定性评价
    5.1 自适应光学系统实验平台
    5.2 系统评价与讨论
第6章 总结与展望
    6.1 研究内容总结
    6.2 未来研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3872099