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。     

自适应光学系统的最优斜率复原算法

分析了自适应光学系统的波前斜率校正效果，综合大气湍流扰动和测量噪声的统计特性，在最小二乘复原算法的基础上推导得出一种形式简洁、易于实际操作的最优斜率复原算法。在大气湍流波前扰动条件下，对这种最优斜率复原算法的补偿效果和工作稳定性进行了计算研究。     

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     

自适应光学系统的模式法数值模拟

建立了利用模式法笃自适应光学系统进行数值模拟的理论模型，编制了计算程序，并与激光大气传输计算程序衔接起来，进行了大量数值模拟计算。首次发现：存在泽尼特多项式展开的最佳项数。大于一定项数的展开式的效果迅速变坏，竖排和斜排经特面式展开有类似的结果。文献中认为可以采用的１５项经特多项式展开的效果不好，最佳项数随着横向风速的增加而减小，在风速较大时最佳项数下的模范地结果稍好于直接斜率控制法的结果。     

环形激光光束的波前复原算法比较

 针对环形激光光束净化自适应光学系统中的波前传感器子孔径与变形反射镜驱动器布局，仿真比较了直接斜率法、区域法的Fried模式和Southwell模式三种波前复原算法, 其中, 直接斜率法的波前校正能力及稳定性均为最好。     

环形激光光束的波前复原算法比较

针对环形激光光束净化自适应光学系统中的波前传感器子孔径与变形反射镜驱动器布局,仿真比较了直接斜率法、区域法的Fried模式和Southwell模式三种波前复原算法, 其中, 直接斜率法的波前校正能力及稳定性均为最好。     

基于Zernike模式的自适应光学系统随机并行梯度下降算法

 控制算法的收敛速度一定程度上限制了无波前探测自适应光学技术在实时波前畸变校正中的应用。从理论分析角度提出将模式法和区域法结合起来以提高算法收敛速度,并以61单元变形镜为校正器,建立基于随机并行梯度下降算法自适应光学系统仿真模型。结果表明：达到同样的校正效果时,采用组合优化的算法收敛速度要明显优于基于区域法的收敛速度,从而验证了理论分析的合理性。     

基于Zernike模式的自适应光学系统随机并行梯度下降算法

控制算法的收敛速度一定程度上限制了无波前探测自适应光学技术在实时波前畸变校正中的应用。从理论分析角度提出将模式法和区域法结合起来以提高算法收敛速度,并以61单元变形镜为校正器,建立基于随机并行梯度下降算法自适应光学系统仿真模型。结果表明：达到同样的校正效果时,采用组合优化的算法收敛速度要明显优于基于区域法的收敛速度,从而验证了理论分析的合理性。     

微型自适应光学系统闭环控制算法

以微型自适应光学系统的波前重构算法和信号处理系统为基础 ,给出了相应的微型自适应光学系统的闭环控制算法 ,实验结果说明所得结果是合理可行的     

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.     

A high precision phase reconstruction algorithm for multi-laser guide stars adaptive optics

Adaptive optics(AO) systems are widespread and considered as an essential part of any large aperture telescope for obtaining a high resolution imaging at present.To enlarge the imaging field of view(FOV),multi-laser guide stars(LGSs) are currently being investigated and used for the large aperture optical telescopes.LGS measurement is necessary and pivotal to obtain the cumulative phase distortion along a target in the multi-LGSs AO system.We propose a high precision phase reconstruction algorithm to estimate the phase for a target with an uncertain turbulence profile based on the interpolation.By comparing with the conventional average method,the proposed method reduces the root mean square(RMS) error from 130 nm to 85 nm with a 30% reduction for narrow FOV.We confirm that such phase reconstruction algorithm is validated for both narrow field AO and wide field AO.     

High precision Zernike modal gray map reconstruction for liquid crystal corrector

This paper proposes a new Zernike modal gray map reconstruction algorithm used in the nematic liquid crystal adaptive optics system. Firstly, the new modal algorithm is described. Secondly, a single loop correction experiment was conducted, and it showed that the modal method has a higher precision in gray map reconstruction than the widely used slope method. Finally, the contrast close-loop correction experiment was conducted to correct static aberration in the laboratory. The experimental results showed that the average peak to valley (PV) and root mean square (RMS) of the wavefront corrected by mode method were reduced from 2.501\lambda (\lambda =633~nm) and 0.610\lambda to 0.0334\lambda and 0.00845\lambda , respectively. The corrected PV and RMS were much smaller than those of 0.173\lambda and 0.048\lambda by slope method. The Strehl ratio and modulation transfer function of the system corrected by mode method were much closer to diffraction limit than with slope method. These results indicate that the mode method can take good advantage of the large number of pixels of the liquid crystal corrector to realize high correction precision.     

自适应光学系统随机并行梯度下降算法

随机并行梯度下降（SPGD）算法可以对系统性能指标直接优化来校正畸变波前。对基于SPGD算法的61单元自适应光学系统进行仿真模拟,分析了对不同初始静态畸变波前的校正能力,并比较了不同性能指标情况下的算法增益系数、扰动幅度值的选取及校正情况。仿真结果表明:算法收敛速度很大程度上依赖于增益系数和扰动幅度值,对畸变较大的波前,随机扰动幅度在0.50～0.85范围内,性能指标采用焦斑平均半径比采用斯特列尔比取得的校正效果好。     

用于开环液晶自适应光学系统的模式预测技术研究

时间延迟误差是液晶自适应光学系统的一个最主要的误差源. 本文提出了一种利用智能模式预测-----迭代最小二乘(RLS)模式预测算法来克服其对成像分辨率的影响. 首先, 介绍了具有RLS模式预测能力的开环液晶自适应光学系统的结构和工作原理. 其次, 详细讨论了RLS模式预测算法的实现过程. 再次, 设计和搭建了一套带有液晶湍流模拟器的开环液晶自适应光学系统, 对RLS模式预测算法的预测效果进行了分析, 并和直接开环校正做了比较. 分析结果表明: 当系统处于中等强度湍流条件(大气相干长度r₀=6 cm, Greenwood频率f_G=35 Hz)和只有时间延迟误差情况下, 经过RLS预测后, 残差波面的RMS值由直接校正的0.26波长(1波长=785 nm)降低到了0.15波长, 校正效果提高了42%. 最后, 对预测前后自适应光学系统的成像效果进行了对比试验. 实验结果显示, 经过预测以后, 系统的成像分辨率由直接开环校正的25.4 cycles/mm提高到了32.0 cycles/mm, 成像分辨率提高了26%, 达到了0.9倍的衍射极限分辨率. 因此, RLS模式预测技术可以有效的提高开环液晶自适应系统的成像分辨率.     

自适应光学中扩展信标波前探测的研究与实验

讨论了一种基于Hartmann Shack (H S)传感器的扩展信标相关波前探测方法。通过在传统H S探测光路的物平面上加入视场光阑消除了子孔径像斑的重叠问题 ,并利用一种快速相关算法计算各像斑的相对位移 ,进而得到各子孔径波前的相对斜率。光学实验研究证实了该相关波前探测方法能够较精确地测算出波前像差 ,从而使目前使用最多的H S传感器具有扩展信标波前探测能力     

双波长视网膜成像自适应光学系统的轴向色差补偿方法

双波长视网膜成像自适应光学系统非常适用于视网膜微血管的高对比度和高分辨率成像。本文重点研究了双波长自适应系统的轴向色差补偿问题。首先对轴向色差进行了测量,对实测波前进行了分析,并给出任意波前轴向色差补偿法。自适应校正实验结果显示,色差补偿后,波前均方根误差减小到0.16λ(λ=589 nm),视网膜微血管分辨率提高到6μm。这项工作可用于视网膜成像的临床应用。     

分层校正自适应光学系统相位层析技术

假定大气湍流集中在两薄层内，借助分层大气相关长度与整个大气层相关长度的关系，给出待求相位分布与测量结果相关的超定方程组，进而构造残差方程组，并按最小二乘法原理导出正则方程组，通过求解这组正则方程，首次得到原超定方程组的最小二乘解。     

自适应光学图像非对称图像迭代盲复原算法

为了提高自适应光学图像复原效果,提出了一种新的多重约束非对称图像迭代盲解卷积算法。首先,在点扩散函数（PSF）频率域引入带宽有限约束来提高迭代盲解卷积算法的可靠性;然后,在PSF空间域引入支持域动态更新的思想以加快迭代盲解卷积算法收敛速度;最后,自动计算迭代盲解卷积算法的非对称因子以提高算法的自适应性。模拟实验结果表明,与RL-IBD算法比较,新算法迭代次数减少22.4%、峰值信噪比提高10.18 dB。在FK5-857和某双星的自适应光学图像复原实验中,也取得很好的复原效果。