自适应光学系统的数值模型

本文讨论了有限单元变形镜自适应光学系统的数值模型及其算法，建立了一个反映自适应光学系统各组成部分的数值模拟程序，并利用这个程序对激光大气传输湍流效应的位相补偿进行了数值模拟，其中包括大气相干长度，非等晕性及自适应光学系统的有限响应带宽对补偿效率的影响。     

自适应光学系统的数值模拟：直接斜率控制法

采用直接斜率控制法完整地实现了对自适应光学（ＡＯ）系统的数值模拟，系统研究了带自适应光学校正的激光大气传输规律。提出了对计算出的位相进行了“剪接”的办法，解决了残余位相方差与自适应光学的校正效果没有对应关系的问题。证明可以把快速傅里叶变换法（ＦＦＴ）用于透镜成像的聚焦计算，与积分法得到相同的结果，报道了对于一定的延迟时间，当大气横向风速大于一个阈值时，自适应光学补偿比安全相位补偿的效果还要好，表明     

热晕效应模式法自适应光学校正的数值模拟

改进了泽尼克模式波前重构数值模拟方法,避免了传统方法中大量的面积分运算,对准直光束瞬态热晕效应模式法自适应光学校正进行了数值模拟研究。数值模拟结果表明,由于模式混淆误差的影响,使泽尼克重构模式阶数的选择受限,即存在一个最大的重构模式阶数,大于该模式阶数会导致校正效果迅速变差,且最大模式阶数的大小与热晕强度无关。对于子孔径分布为8×8的69单元自适应光学系统,最大模式阶数为37阶;同直接斜率法相比,泽尼克模式法可以通过重构模式选择,提高自适应光学系统对热晕校正的稳定性,抑制热晕补偿不稳定性的发生。     

自适应光学系统的数值模拟：动态控制过程和频率响应特性

对自适应光学系统的动态控制过程进行了数值模拟。与自动控制理论的解析分析相比,动态控制过程的数值模拟有其优越性。系统的频率响应特性与动态控制性能密切相关,对自适应光学系统的频率响应特性也进行了数值模拟。模拟计算的结果与实验测量结果符合得很好。还实现了多频率成份的同时计算,可以大大提高计算效率。其结果与单频率结果只在低频下有小的差别,可以满足得到带宽和裕量等参数的实用要求。将频率响应特性的模拟计算与长时间曝光斯特列耳（Strehl)比的数值模拟结合,可得到对自适应光学系统性能的有效评估。     

自适应光学系统的数值模拟：噪音和探测误差的效应

噪音和探测误差是影响自适应光学系统性能的三个主要因素之一。噪音和探测误差使哈特曼－夏克（Hartmann-Shack)波前传感器所测得的华斜量产生误差,进而影响整个自适应光学系统的性能,建立了对噪声和探测误差对哈特曼－夏克波前传感器的影响进行数值模拟的理论模型,编制了计算程序,与已有的激光大气传输与自适应光学系统的计算程序相衔接,进行了模拟计算,对有限的离散采样,读出噪音和光子噪音的效应作了数值模拟研究,获得了一些对于实际的自适应光学系统的最佳设计有价值的结果。     

光纤激光阵列目标在回路自适应光学系统的数值模拟

研究了光纤激光阵列目标在回路自适应光学系统在实际大气环境中的传输.从光纤激光阵列、激光在大气中的传输、目标和优化算法四个方面,建立了光纤激光阵列目标在回路自适应光学系统的理论模型.在不同强度大气湍流下,对系统补偿大气湍流影响的效果进行了研究,并对系统控制参数优化进行了简单探讨.结果表明,目标在回路闭环控制结构能够有效补...     

自适应光学系统的实时模式复原算法

分析了自适应光学系统中实时模式复原算法的基本原理,建立了一种新型的传感器本征模复原算法。与常用的直接斜率法相比,这种模式复原算法可以有效减小探测噪声对复原计算过程的影响,提高系统的闭环稳定性和校正效果。在61单元自适应光学系统上实现了这种模式复原算法,并在实际大气湍流中对传感器本征模复原算法和直接斜率法进行了实验对比研究。     

自适应光学系统的实时模式复原算法

 分析了自适应光学系统中实时模式复原算法的基本原理，建立了一种新型的传感器本征模复原算法。与常用的直接斜率法相比，这种模式复原算法可以有效减小探测噪声对复原计算过程的影响，提高系统的闭环稳定性和校正效果。在61单元自适应光学系统上实现了这种模式复原算法，并在实际大气湍流中对传感器本征模复原算法和直接斜率法进行了实验对比研究。     

激光大气传输中热晕的数值模拟

采用快速傅里叶变换,研究了激光在大气传输中的热晕现象。得出了一定条件下,热晕随激光输入功率和传播距离的稳态变化规律,并计算了激光在大气中传输10km时发生热晕的功率阈值。在瞬态情况下,研究了有风和无风热晕现象。     

自适应光学系统最优模式增益的快速估计方法

在自适应光学系统中,最优模式控制方法首先通过对波前像差进行模式分解,再分别施加不同带宽的比例积分控制以实现较统一带宽模式控制更优的闭环效果.最优模式增益通常需要基于自适应光学系统的传递函数模型、实测的扰动和噪声的功率谱密度进行遍历求解获取,这一过程通常需要较长的时间.由于大气湍流统计特性的时变性,所求解的最优模式增益的时效性难以保证.为此,本文提出了一种基于二次曲线拟合的最优模式增益快速估计方法,仅通过3个数据点的闭环残差计算来估计单项模式的最优增益.仿真和实验结果表明,所提方法可以较准确地求解最优模式增益,有效抑制高阶波前像差.同时,由于算法的时间复杂度降低,相比于基于参数遍历的方法,最优模式增益估计过程所花费的时间缩短了约95.3%,有利于保证最优模式增益的时效性.     

哈特曼夏克传感器的泽尼克模式波前复原误差

利用哈特曼－夏克传感器测量圆孔径内波像差时，通常使用泽尼模式复原算法。推导了一般情况下哈特曼－夏克传感器泽尼克模式波前复原误差的计算公式。用哈特曼－夏克传感器测量一个像差板的随机静态像差，通过与ZYGO干涉仪的测量结果比较，得到不同泽尼克模式复原阶数下的波前复原误差的实验结果，并与理论计算结果进行了对比。     

Modification of Spatial Coherence by Means of Low-Order Zernike-Mode Adaptive Optics

Spatial coherence of the field modified by low-order adaptive optics is analyzed to establish a theoretical basis for the recent idea of using adaptive optics as a spatial coherence modifier. In this context low-order adaptive optics has the ability to correct some of the low-order aberrations specified by Zernike polynomials. The initial field to be modified is assumed to be a spatially partially coherent one resulting from phase disturbance. It is demonstrated, as in the previous study, that low-order adaptive optics serves to enhance the spatial coherence of the resultant field and that the effect of the enhancement becomes stronger as the spatial coherence of the initially partially coherent field increases. Potential applications of low-order adaptive optics as a spatial coherence modifier are briefly discussed.     

Adaptive Optics as a Spatial Coherence Modifier

The possibility of adaptive optics as a spatial coherence modifier is discussed. The initial field to be corrected is produced in such a way that a quasi-monochromatic plane wave of light is incident on a moving diffuser plate, so that it is spatially partially coherent. It is shown that adaptive optics serves to enhance the spatial coherence of the resultant field and that the magnitude of the enhancement depends on the spatial coherence of the initial field to be corrected. The results are illustrated by numerical examples based on an idealized low-order adaptive optics system.     

自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法仿真与分析

随机并行梯度下降算法能不依赖波前传感器直接对系统性能进行优化。以32单元变形镜为校正器,采用随机并行梯度下降算法建立了自适应光学系统仿真模型。通过分析该系统对静态波前畸变的校正能力,验证了随机并行梯度下降算法的收敛性;讨论了算法增益系数、随机扰动幅度与收敛速度的关系,并指出通过算法增益系数的自适应调整可以改进算法的收敛速度。     

自适应光学系统模式控制动态优化方法

像差校正模式项数是自适应光学系统模式控制算法中的一个重要参数,其大小对补偿效果影响明显。通过对系统响应函数矩阵的奇异值分解构建像差模式空间,以不同控制项数下残余像差的均方根估计为依据确定每次校正的模式项数,提出了一种模式项数动态优化的控制方法。以Hartmann-Shack波前传感器和薄膜变形镜为主要部件搭建自适应光学实验系统,通过拟合不同像差验证上述控制方法,实验结果表明,和固定项模式控制方法比较,动态优化方法校正的系统残余像差更低,可明显提高自适应光学系统的空间拟合性能。     

基于GPU的液晶自适应光学波前重构计算

利用GPU进行液晶自适应光学波前重构的加速计算.介绍了液晶自适应光学的Zernike模式波前重构算法,详细论述了GPU的通用架构和GPU实现波前重构的方法,给出了GPU与CPU的实验对比结果.结果表明,GPU计算波前重构不但可以准确无误地计算出液晶波前校正器的灰度级分布,计算速度更是传统CPU波前计算的几十倍.     

高分辨率空间光学遥感器波像差的无波前传感器自适应光学校正

高分辨率空间光学遥感器在轨工作时,由于受到各种因素的影响,无法清晰成像,目前多采用自适应光学方法与技术进行校正.传统自适应光学系统体积较大,结构复杂,难以应用于高分辨率空间光学系统的在轨校正.无波前传感器自适应光学系统去除了传统自适应光学中的波前传感器,大大简化了系统结构,具有体积小、易于实现等优势,特别适用于高分辨率...