回波瞄准系统中基于爬山法的光束闭环瞄准实验

瞄准偏差和光束抖动,会导致光束到达靶面能量的损失,是光束瞄准系统中两个最主要的误差。分析了以高斯光束和高斯抖动为基础的光束在照明目标时产生的光回波信号的特性;在此基础上,搭建了实验室平台,实现了基于二维爬山法的光束闭环瞄准,讨论了光束抖动对光束瞄准实时性的影响,分析了不同抖动强度下光束瞄准的精度。实验结果表明：爬山算法无需已知目标和光束分布的任何信息,即可实现光束回波闭环瞄准,且性能优良;但随着光束抖动的增加,其瞄准所需回波信号样本增大,瞄准精度降低。     

立体成型中扫描误差的分析

对立体成型技术中广泛使用的振镜扫描系统进行了理论分析,指出了振镜的二维扫描偏转角和平面坐标之间存在着非线性映射关系.提出了一种实用的校正算法，该算法用理论数据与激光束在相应点的实际数据进行比对，制成校正表，按插值算法校正实际的枕形畸变及其它误差.该算法适用于使用振镜实现二维扫描的系统，能对应用这种原理工作的激光成型设备进行现场校正.     

基于空间频率域滤波的漫反射光大气湍流传输数值仿真方法

在基于目标回光的激光瞄准系统和目标在回路(TIL)系统中都要使用目标照明漫反射回光作为系统工作的基础.数值仿真在研究光波传输特性的过程中一直发挥着重要作用.由于漫反射光场发散角很大,给数值计算带来困难.一般的处理方法是进行分段空间域滤波,但这会大大增加计算量.提出一种计算漫反射光传榆的频率域滤波方法.频域滤波基本不增加...     

基于长脉冲光源的钠信标回光特性实验研究

采用与信标发射接收系统参数匹配的长脉冲光源,可在脉冲回光时间内产生较亮星等的钠信标,既有利于提高信标探测的信噪比,也有利于实现自适应光学系统的高频闭环校正.基于450 mm直径望远镜和大能量长脉冲光源,开展了钠信标探测实验,得到了长脉冲光源产生的钠信标回光特性.通过CCD和光电倍增管,采集得到了不同发射能量、出射偏振态下的回光强度,并获得了最大强度为15万光子/m2/pulse的回光,对应脉冲回光时间内约4.1等星的亮度.分析推算了实验条件下钠原子的柱密度.实验全过程未出现明显的饱和现象,验证了采用长脉冲钠信标光源避免饱和效应、得到高亮度钠信标的可行性.     

太赫兹逆合成孔径雷达相位误差分析和补偿方法

通过对太赫兹逆合成孔径雷达(THz-ISAR)成像原理进行分析,构造目标回波距离维相位误差的多项式表示形式,提出了基于启发式最小熵搜索的二次相位误差校正方法和基于距离维自聚焦的三次及三次以上相位误差校正方法,校正了THz-ISAR回波信号距离维的相位误差,进而消除THz-ISAR一维距离像和二维成像结果中的散焦和展宽现象。理论分析和仿真实验结果都表明该方法能够有效补偿目标回波距离维相位误差,提高一维距离像和二维成像的聚焦效果。     

具有迟滞补偿的单压电变形镜的闭环校正性能

对具有迟滞补偿的单压电变形镜的闭环校正性能进行了研究。提出了基于Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型的变形镜闭环控制算法,搭建了基于哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台,分别进行了静态像差和动态像差的闭环校正实验。实验结果表明:在静态像差的闭环校正中,迟滞消除算法比未消除算法具有更快的校正速度;对于波前像差均方根的平均值为168nm的动态像差,校正后的残差从消除前的33nm降低到校正后的25nm,证明了所提算法可有效应用于压电变形镜自适应光学系统。     

地球同步轨道空间目标地基逆合成孔径激光雷达系统分析

对用于地球同步轨道空间目标进行成像观测的地基逆合成孔径激光雷达系统进行了分析.讨论了地球同步轨道空间目标运动特性和观测几何模型,分析了地基逆合成孔径激光雷达系统指标,波形选择为无周期相位编码信号,提出了基于发射和本振参考通道的信号相干性保持方法.根据目标存在振动和三维自转的特点,采用正交基线干涉处理的方法进行运动相位误差估计与补偿.引入自适应光学系统实现大气时变相位误差校正,同时明确了基于正交基线干涉处理的逆合成孔径激光雷达与自适应光学在大气校正方面具有互补性.设计了初步系统方案,仿真验证了目标振动和三维自转对逆合成孔径激光雷达成像有明显的影响.     

波前曲率传感自适应光学的模式型控制技术

针对波前曲率传感自适应光学,介绍了基于拉普拉斯算子本征模式的波前闭环校正原理,理论分析了波前校正误差。建立了61单元自适应光学数值仿真模型,进行了大气湍流波前畸变闭环校正数值仿真。仿真结果与误差理论分析一致,当模式数量较少时闭环校正精度较低,而数量过多时产生的模式耦合误差也会导致校正误差增大。通过分析模式数量与复原矩阵的条件数之间的关系,给出了一种简便的最佳模式数量选择方法。     

基于自适应双层TDLMS滤波的红外小目标检测

提出了一种自适应滤波的红外小目标检测算法,该方法由背景去除与目标提取两层二维最小均方滤波器构成.分别引入背景模板与目标模板,结合二维最小均方滤波方法对原始红外图像进行处理,有效地剔除了背景噪声与杂波,同时尽可能地保留了目标信息.在算法实现过程中,提出了一种步长自动调整算法,通过图像的统计参数自适应调整步长的大小,可迭代出TDLMS滤波器的最优权值,再与权重模板相融合,有效增强了目标的检测效果.实验结果表明,该方法能够适应不同背景下的目标检测,有效提高了红外小目标的检测性能.     

一种卫星平台振动光谱成像数据分块校正方法

卫星平台的振动会降低光谱成像数据的质量.以星载色散型成像光谱仪为例,介绍了其运动成像的退化机理.针对传统二维反卷积算法存在的问题以及推扫机理的特殊性,提出了一种光谱成像数据分块校正方法.该方法将分块处理、升维运算以及灰度渐变拼接相结合,将基于自然景物统计规律的图像去模糊算法运用于降质成像光谱数据的校正中.分别进行了不同目标的光谱成像退化校正仿真实验,实验结果表明,光谱成像数据质量在空间维和光谱维都有了明显提高,校正效果优于传统二维反卷积算法.     

随机并行梯度下降光束净化实验研究

利用自适应光学技术进行光束净化是高能激光系统中一项重要的研究内容.为实现光束净化系统的小型化和低成本,基于系统性能评价函数无模型最优化的波前畸变校正方法是适合的技术方案.就随机并行梯度下降(SPGD)最优化算法在光束净化系统中的应用展开研究.针对高能激光束常见的像差分布进行了SPGD波前校正的数值模拟,在此基础上构建了37单元自适应光学光束净化实验平台,讨论了双边扰动梯度估计和迭代增益系数自适应变化对算法收敛特性的影响.数值模拟与实验结果验证了SPGD算法对不同程度波前畸变的校正能力,表明了SPGD光束净化方案的可行性.     

Coherent Beam Combining of Three Watt-Level Fiber Amplifiers Using a DSP-Based Stochastic Parallel Gradient Descent Algorithm

We present an experimental study on coherent beam combining of three watt-level fiber amplifiers using a stochas- tic parallel gradient descent （SPGD） algorithm. Phase controlling is performed by running the SPGD algorithm on a digital-signal-processor （DSP） chip with a voltage updating rate of 16500 times per second. Energy encircled in the target pinhole is 2.62 times more than that in an open loop. The combining efficiency is as high as 87%.     

自适应光学中SPGD算法关键参数实时调节方法

介绍了随机并行梯度下降（SPGD）算法及其在相干合成中的应用,针对实验中算法关键参数难以调节的难点,提出采用软硬件结合的新方式,实现对实验数据的在线采集和分析以及对SPGD算法关键参数的自动实时调节。开展了4路光纤激光相干合成实验,对不同调节方法进行对比。实验中采用新方式有效调节了SPGD算法中增益系数和随机扰动幅度的取值,合成效果显著。     

Multimode fiber laser beam cleanup based on stochastic parallel gradient descent algorithm

We present experimental research on multimode fiber laser beam cleanup based on a stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. The multimode laser is obtained by injecting a 1064 nm central wavelength single mode fiber laser into a multimode fiber and the system is setup by using phase only liquid crystal spatial light modulators (LC-SLM). The quality evaluation function is increased by a factor of 10.5 and 65% of the laser energy is encircled in the central lobe when the system evolves from open-loop into close-loop state. Experimental results indicate the feasibility of the multimode fiber laser beam cleanup by adaptive optics (AO).     

Adaptive correction of vortex laser beam in a closed-loop system with phase only liquid crystal spatial light modulator

We propose and demonstrate the wave front correction of a vortex laser beam by using dual phase only liquid crystal spatial light modulators (LC-SLMs) and a stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. One phase only LC-SLM is used to generate vortex laser beam by loading spiral phase screen onto the wave front of input quasi-Gaussian beam. The other phase only LC-SLM under SPGD controller based on the subzone control method adaptively compensates the wave front of vortex laser beam. Numerical simulation and experimental results show that after correction, vortex doughnut like beam is focused into a beam with airy disk pattern distribution in the far field. The adaptive corrections of vortex laser beam with different optical topological charges are studied. The results show that the optical topological charge has little influence on adaptive correction. The powers in the main lobe of far field intensity distributions of vortex laser beams with different optical topological charges are all greatly improved by adaptive correction. The technique proposed in this paper can be used in optical communication, relay mirror and atmospheric turbulence correction.     

星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值

 实际星地光通信系统的发射光束为高斯型的情况下，跟瞄误差和大气闪烁是星地激光链路中的主要信道噪声源。在结合两者对系统性能影响的前提下，对星地激光通信链路进行了理论分析和模型建立。基于该模型对星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差之比的优化选择问题进行了研究。结果表明：对于上行链路，在不同误码率需求下都存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值，使得上行链路余量最大；对于下行链路，在不同误码率要求下均存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值，使得下行发射光功率的需求最小。利用最优化方法和最小二乘法拟合，得到星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值和系统误码率的经验公式。     

潜望式激光通信瞄准机构误差计算

本文提出了一种机构指向误差计算方法。首先,采用反射镜单位法向量和光束单位方向向量分别表示机构反射镜的姿态和激光束的传播方向,接着采用坐标变换和矩阵传递求出反射镜在总体坐标系中的单位法向量,通过向量对称计算出激光束经过两次镜面反射后的方向向量,最后将机构各参数的理论值和实际值代入上述算法,分别求出激光束经过两次镜面反射后的理论方向向量和实际方向向量,两向量夹角即为机构的指向误差。在得到指向误差和部件误差的关系式后,机构设计时即可通过机构指向误差反计算求出部件的误差值。结果表明:机构物理样机测试指向误差值为0.005 7°,将机构部件参数测试误差值代入误差正计算算式,得出机构的指向误差值为0.006 1°,以该指向误差通过反计算得出的参数平均误差值为0.002 25°,与测试结果相近,可以为机构的精度设计提供参考依据。     

神光III主机极向驱动靶丸表面辐照均匀性

极向驱动是在间接驱动构型的激光装置中,通过重瞄各束激光的位置,实现较均匀的靶丸表面激光辐照,以研究直接驱动惯性约束聚变的关键物理问题.介绍了神光III主机装置的激光排布和焦斑特点,以及激光束重瞄方法和靶丸表面激光辐照均匀性优化原则.给出了三阶和五阶超高斯近似下的激光焦斑强度分布,Φ540 μm靶丸在能量沉积满足cos²γ和cos γ假设时靶丸表面最均匀辐照的移束参数,以及二维辐射流体程序模拟最优移束时的内爆对称性结果.二维模拟结果表明,按cosγ假设移束的热斑更对称.分析了激光的束间功率不平衡、激光束重瞄精度和靶丸定位精度对靶丸表面辐照均匀性的影响.模拟结果表明,为了不显著降低靶丸表面辐照均匀性,需要将束间功率不平衡控制在5%以内,激光束重瞄精度和靶丸定位精度控制在7 μm以内.     

The 260-W coherent beam combining of two compact fibre amplifier chains

Coherent beam combining of two fibre amplifier chains with a total power of 260 W in a compact system using the stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm is demonstrated. A 150 MHz linewidth fibre laser is built and introduced for high-power amplification to mitigate stimulated Brillouin scattering (SBS). Compact high-power amplifier chains are built with low power all-fibre system and high-power bulk free-optics fibre amplifiers. When the total power is about 260 W, active phase-locking of two high-power amplifiers is demonstrated using the SPGD algorithm. In closed-loop, the power in the main lobe increases 1.68 times, the visibility is increased from 0 to 0.62, and the phase residual error is less than λ/10.