自适应光学波前畸变控制及实验研究
发布时间：2021-05-09 19:33
自由空间相干光通信具有高传输速度、抗电磁干扰能力强等优点,逐渐成为无线通信领域的研究热点之一。由于大气湍流随机扰动,光信号会产生光束漂移,相位起伏等现象,导致光通信质量严重降低。因此,自适应光学技术作为抑制大气湍流影响最有效的方法被引入其中。而自适应光学技术当中,控制算法作为核心,其性能优劣直接决定了系统波前畸变的校正效果。本文研究了自适应光学系统中比例积分（Proportional20Integral,PI）算法和迭代算法的校正特性,并对PI算法进行优化,主要工作如下:1、根据Zernike多项式仿真经大气湍流扰动产生相位畸变的波前,并依次采用高斯赛德尔迭代算法、重复学习迭代算法及基于直接斜率法的PI控制算法对模拟波前进行校正以分析参数影响。同时分析上述三种算法运算量,讨论迭代算法及PI算法的校正特性。2、针对PI算法进行改进,形成双重模糊自适应比例积分微分（Proportional20Integral20Differential,PID）控制算法。双重模糊自适应PID算法通过引入权重因子及阈值判断模块,使得该算法在完成控制参数自整定的同时灵活调控算法运算量,提高算法性能。同时通过仿...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究进展
1.2.1 国外研究进展
1.2.2 国内研究进展
1.2.3 发展趋势
1.3 研究意义
1.4 论文结构安排
2 自适应光学基本理论
2.1 自适应光学系统基本原理
2.2 波前测量的自适应光学系统主要构成
2.2.1 波前传感器
2.2.2 波前控制器
2.2.3 波前校正器
2.3 Zernike多项式与大气湍流模拟原理
2.4 波前评价指标
2.5 本章小结
3 自适应光学PI算法与迭代算法研究
3.1 系统响应矩阵标定
3.2 基于直接斜率法的PI控制算法原理
3.2.1 直接斜率法
3.2.2 基于直接斜率法的增量式PI算法
3.3 迭代算法控制原理
3.3.1 Gauss-Seidel算法(G-S算法)
3.3.2 ILC算法
3.4 PI算法与迭代算法的参数影响与运算量仿真分析
3.4.1 PI算法与迭代算法参数影响分析
3.4.2 PI算法与迭代算法参数特性对比
3.4.3 迭代算法与PI算法运算量分析
3.4.4 PI算法与迭代算法运算量对比
3.5 PID类算法与迭代算法性能总结
3.6 本章小结
4 双重模糊自适应PID控制算法研究
4.1 基于直接斜率法的双重模糊自适应PID控制算法原理
4.2 模糊自适应PID算法仿真输入论域影响分析
4.2.1 不同控制电压输入论域范围对模糊PID算法的影响
4.2.2 不同控制电压一阶导数输入论域范围对模糊PID算法的影响
4.3 模糊自适应PID算法仿真输出论域影响分析
4.4 本章小结
5 自适应光学控制算法的实验研究
5.1 自适应光学系统实验装置
5.2 迭代控制算法校正实验
5.2.1 G-S算法实验研究
5.2.2 ILC算法实验研究
5.3 PID类控制算法校正实验
5.3.1 PI控制算法的实验研究
5.3.2 双重模糊自适应PID控制算法的实验研究
5.3.3 PI算法和双重模糊自适应PID控制算法的分析与总结
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自适应光学系统的波前处理算法研究[J]. 罗琳,佟首峰,张雷,姚海峰. 激光与红外. 2019(10)
[2]液晶-变形镜自适应光学系统的数据采集与处理软件设计[J]. 王玉坤,曹召良,李大禹,徐焕宇,宣丽. 光学精密工程. 2018(06)
[3]太阳自适应光学技术进展[J]. 饶长辉,朱磊,张兰强,饶学军,鲍华,孔林,郭友明,钟立波,马学安,李梅,王成,张小军,樊新龙,王晓云,凡木文,陈东红,冯忠毅. 光电工程. 2018(03)
[4]无波前传感器的自适应光学校正[J]. 吴加丽,柯熙政. 激光与光电子学进展. 2018(03)
[5]大气湍流对激光通信系统性能的影响研究[J]. 陈牧,柯熙政. 红外与激光工程. 2016(08)
[6]交连值对斜率响应矩阵和迭代矩阵稀疏度的影响[J]. 程生毅,陈善球,董理治,刘文劲,王帅,杨平,敖明武,许冰. 物理学报. 2014(07)
[7]自适应光学闭环系统实时多路自适应控制算法[J]. 颜召军,李新阳,饶长辉. 光学学报. 2013(03)
[8]湍流强度对大气传输光束的相位特性及其相位校正物理极限的影响[J]. 韩开,张晓欣,付福兴,贺也洹,张彬. 激光与光电子学进展. 2013(01)
[9]遗传算法在激光整形中的应用[J]. 王卫兵,赵帅,郭劲,王挺峰. 激光与红外. 2012(10)
[10]自适应光学波前校正器技术发展现状[J]. 林旭东,薛陈,刘欣悦,王建立,卫沛锋. 中国光学. 2012(04)
博士论文
[1]自适应光学系统迭代波前控制算法研究[D]. 程生毅.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[2]自适应光学系统波前复原及波前控制优化技术研究[D]. 郭友明.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[3]压电变形镜控制方法及应用研究[D]. 刘莹.中国科学技术大学 2014
[4]基于Shack-Hartmann波前传感器的自适应光学系统研究[D]. 夏爱利.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2011
硕士论文
[1]无波前探测的相干光通信系统实验研究[D]. 吴加丽.西安理工大学 2018
[2]基于GPU的自适应光学系统波前处理算法实时性研究[D]. 董玉磊.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[3]基于GPU的自适应光学实时波前控制系统研究[D]. 章承伟.中国科学技术大学 2018
[4]自适应光学快速迭代控制算法研究与实现[D]. 段倩.电子科技大学 2018
[5]无波前传感自适应光学原理系统设计与实现[D]. 王晓斌.西安电子科技大学 2017
[6]基于哈特曼—夏克传感器的波前检测方法研究[D]. 汪伟.华中科技大学 2011
[7]自适应光学波前重构算法研究[D]. 胡谋法.国防科学技术大学 2003
本文编号：3177896
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究进展
1.2.1 国外研究进展
1.2.2 国内研究进展
1.2.3 发展趋势
1.3 研究意义
1.4 论文结构安排
2 自适应光学基本理论
2.1 自适应光学系统基本原理
2.2 波前测量的自适应光学系统主要构成
2.2.1 波前传感器
2.2.2 波前控制器
2.2.3 波前校正器
2.3 Zernike多项式与大气湍流模拟原理
2.4 波前评价指标
2.5 本章小结
3 自适应光学PI算法与迭代算法研究
3.1 系统响应矩阵标定
3.2 基于直接斜率法的PI控制算法原理
3.2.1 直接斜率法
3.2.2 基于直接斜率法的增量式PI算法
3.3 迭代算法控制原理
3.3.1 Gauss-Seidel算法(G-S算法)
3.3.2 ILC算法
3.4 PI算法与迭代算法的参数影响与运算量仿真分析
3.4.1 PI算法与迭代算法参数影响分析
3.4.2 PI算法与迭代算法参数特性对比
3.4.3 迭代算法与PI算法运算量分析
3.4.4 PI算法与迭代算法运算量对比
3.5 PID类算法与迭代算法性能总结
3.6 本章小结
4 双重模糊自适应PID控制算法研究
4.1 基于直接斜率法的双重模糊自适应PID控制算法原理
4.2 模糊自适应PID算法仿真输入论域影响分析
4.2.1 不同控制电压输入论域范围对模糊PID算法的影响
4.2.2 不同控制电压一阶导数输入论域范围对模糊PID算法的影响
4.3 模糊自适应PID算法仿真输出论域影响分析
4.4 本章小结
5 自适应光学控制算法的实验研究
5.1 自适应光学系统实验装置
5.2 迭代控制算法校正实验
5.2.1 G-S算法实验研究
5.2.2 ILC算法实验研究
5.3 PID类控制算法校正实验
5.3.1 PI控制算法的实验研究
5.3.2 双重模糊自适应PID控制算法的实验研究
5.3.3 PI算法和双重模糊自适应PID控制算法的分析与总结
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自适应光学系统的波前处理算法研究[J]. 罗琳,佟首峰,张雷,姚海峰. 激光与红外. 2019(10)
[2]液晶-变形镜自适应光学系统的数据采集与处理软件设计[J]. 王玉坤,曹召良,李大禹,徐焕宇,宣丽. 光学精密工程. 2018(06)
[3]太阳自适应光学技术进展[J]. 饶长辉,朱磊,张兰强,饶学军,鲍华,孔林,郭友明,钟立波,马学安,李梅,王成,张小军,樊新龙,王晓云,凡木文,陈东红,冯忠毅. 光电工程. 2018(03)
[4]无波前传感器的自适应光学校正[J]. 吴加丽,柯熙政. 激光与光电子学进展. 2018(03)
[5]大气湍流对激光通信系统性能的影响研究[J]. 陈牧,柯熙政. 红外与激光工程. 2016(08)
[6]交连值对斜率响应矩阵和迭代矩阵稀疏度的影响[J]. 程生毅,陈善球,董理治,刘文劲,王帅,杨平,敖明武,许冰. 物理学报. 2014(07)
[7]自适应光学闭环系统实时多路自适应控制算法[J]. 颜召军,李新阳,饶长辉. 光学学报. 2013(03)
[8]湍流强度对大气传输光束的相位特性及其相位校正物理极限的影响[J]. 韩开,张晓欣,付福兴,贺也洹,张彬. 激光与光电子学进展. 2013(01)
[9]遗传算法在激光整形中的应用[J]. 王卫兵,赵帅,郭劲,王挺峰. 激光与红外. 2012(10)
[10]自适应光学波前校正器技术发展现状[J]. 林旭东,薛陈,刘欣悦,王建立,卫沛锋. 中国光学. 2012(04)
博士论文
[1]自适应光学系统迭代波前控制算法研究[D]. 程生毅.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[2]自适应光学系统波前复原及波前控制优化技术研究[D]. 郭友明.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[3]压电变形镜控制方法及应用研究[D]. 刘莹.中国科学技术大学 2014
[4]基于Shack-Hartmann波前传感器的自适应光学系统研究[D]. 夏爱利.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2011
硕士论文
[1]无波前探测的相干光通信系统实验研究[D]. 吴加丽.西安理工大学 2018
[2]基于GPU的自适应光学系统波前处理算法实时性研究[D]. 董玉磊.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[3]基于GPU的自适应光学实时波前控制系统研究[D]. 章承伟.中国科学技术大学 2018
[4]自适应光学快速迭代控制算法研究与实现[D]. 段倩.电子科技大学 2018
[5]无波前传感自适应光学原理系统设计与实现[D]. 王晓斌.西安电子科技大学 2017
[6]基于哈特曼—夏克传感器的波前检测方法研究[D]. 汪伟.华中科技大学 2011
[7]自适应光学波前重构算法研究[D]. 胡谋法.国防科学技术大学 2003
本文编号：3177896
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