基于随机并行梯度下降算法的自适应光学实时并行处理机

基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的自适应光学系统通过直接优化系统的性能评价函数来控制波前校正器以补偿光束中存在的波前畸变。但由于算法收敛速度的影响,在一定程度上限制了SPGD在自适应光学系统中的应用。在对SPGD控制算法分析的基础上,充分提取和发掘算法内在的并发性,采用流水线和并行处理技术,设计并实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)加数字信号处理器(DSP)的单指令流多数据流(SIMD)结构实时并行处理机,实现了SPGD控制算法由表达层到结构层的优化映射。该处理机应用在激光光束净化自适应光学系统中,同时实现了对变形镜和倾斜镜的控制。实验结果表明,采用基于SPGD算法自适应光学实时并行波前处理机具有很快的收敛速度,可以有效地校正激光出光过程中的光束波前相差和光束漂移误差。     

自适应光学波前校正器

报告了自适应光学波前校正器——多元分立式压电变形反射镜和两维高速压电倾斜镜的研究工作。讨论了这两类波前校正器的主要性能及其检测方法等，并给出了若干典型的检测结果。研制的１９单元度形镜已成功用于ＩＣＦ驱动器的波前校正，而２１单元变形镜已成功用于天文观测星体成像校正     

动态波前误差的自适应光学实时校正

本文报道了在实验室里用由21元面阵变形反射镜、横向剪切干涉仪和平行控制系统构成的自适应光学系统实时校正动态波前误差的原理和实验结果.     

自适应光学对大气扰动波前的补偿效果研究：I.理论推导

在采用冻结湍流假设和几何光学近似的条件下，得到了经自适应光学系统校正后的剩余波前相位扰动的结构函数，进而根据剩余相位结构函数与系统Ｓｔｒｅｈｌ比的关系，求出自适应光学系统的补偿效果受系统的时空传递函数，大气湍流，光波传播路径上的横向风，观察目标的旋转角速度以及系统时间延迟影响情况的解析表达式。     

自适应光学波前校正器技术发展现状

波前校正器是自适应光学系统中的关键部件,相关技术已得到了多年的积累与发展。本文介绍了多种目前常用的波前校正器件,包括分离促动器连续表面变形镜、拼接子镜变形镜、薄膜变形镜、双压电片变形镜、微电子机械系统变形镜以及基于液晶技术的空间光调制器和自适应次镜等,给出了它们的实现方式及其基本工作原理,并从空间校正频率和校正速度等方面对各校正器的性能进行了比较。最后,总结了在新应用的需求下,波前校正器件的技术创新及发展趋势。     

用于白天自适应光学的波前探测方法分析

提出了两种视场偏移哈特曼波前传感器，用于探测白天条件下强背景中目标信号的波前信息.给出了哈特曼波前传感器子孔径中焦面上天光背景非均匀性分布特征的实验结果，详细分析了基于分光棱镜的双焦面视场偏移哈特曼波前传感器的探测误差，并通过基于倾斜镜的单焦面视场偏移哈特曼波前传感器实验给出了波前测量的结果，证明视场偏移哈特曼波前传感器能够精确、稳定的测量白天条件下目标信号的畸变波前信息，同时给出了其在白天条件下探测能力的估算结果及其受限因素，估算结果表明云南天文台的自适应光学系统在10 W/m²·sr天光背景条件下应用视场偏移哈特曼波前传感器能对5等星(可视星等值)目标进行准确的波前探测. 关键词： 自适应光学 波前传感器 白天工作 误差分析     

用于扩展目标自适应光学校正的相关波前传感器的理论实验

研究了使用非相干、扩展光源的波前差测量技术，分析了使用强度透过率型像面掩模的扩展目标相关波前探测原理，讨论了模拟目标的选择问题，探讨了根据目标图像生成像面掩模图像、进而制作像掩模的方法，给出了所生成的像面掩模图像的典型结果，进行了以强度透过率型掩模为特征的单孔径扩展目标波前传感器的实验，比较了两种不同掩模的波前探测效果，获得了理论分析一致的实验结果。     

基于深度学习的自适应光学波前传感技术研究综述

波前传感是自适应光学系统的重要组成部分,在地基大口径望远镜、激光大气传输、无线光通信、激光驱动核聚变等领域发挥了关键作用,同时也常应用于自由曲面的光学测量中。与此同时,深度学习作为一种较为通用的前沿技术,成功在计算机视觉、自然语言处理等众多领域取得了革命性进展。使用深度学习的方法改进自适应光学系统中的波前传感器,以期实现更精准的波前探测,以及适应更复杂的应用场景是自适应光学的发展趋势,也是深度学习应用领域的一个新课题。介绍了深度学习在自适应光学波前传感中的应用现状,主要分析了在相位反演波前传感器和哈特曼波前传感器中的研究特点,并在最后进行了总结和展望。

     

自适应光学曲率波前传感器的衍射理论及其方案分析

曲率波前传感器是自适应光学中的一种很有前途的新型波前传感器。在对衍射理论和几何光学进行近似的基础上,研究了曲率波前传感器的理论分析方法,分析了曲率波前传感器的光学方案和信号获取方法。结果表明,从曲率传感器输出的信号经放大后可直接作为力或弯曲力矩施加到反射镜上,而不需要任何复杂的计算。变形镜可自动地向满足泊松方程的表面形状会聚。利用曲率传感器与双压电晶片反射镜的结合,有望获得一种低价、快速闭环控制的系统。     

环形光斑的波前传感器与波前校正器优化布局

针对自适应光学系统常遇到的环形光斑，仿真研究了波前传感器子孔径的六种环形布局，得出了环形布局的指导原则，并将环形布局与传统的方形布局进行了比较，认为环形布局更适合于环形光斑．     

自适应光学与能动光学

自适应光学和能动光学是近２０年来发展起来的光学新技术，它赋予光学系统以能动可控的能力，为解决困扰光学界几百年之久传统光学技术无法克服动态干扰的老问题，成为高分辨率成像和强激光传输中的关键技术。文章介绍了自适应光学和能动光学原理、技术难点和解决办法。还介绍了我国在激光核聚变和高分辨率天文成像方面应用自适应光学的成果。     

自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法实验研究

随机并行梯度下降算法是一种极具应用潜力的自适应光学系统控制算法,具有不依赖波前传感器直接对系统性能指标进行优化的特点。基于32单元变形镜、CCD成像器件等建立自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法实验平台。考察算法增益系数和扰动幅度对校正效果和收敛速度的影响,验证随机并行梯度下降算法的基本原理。实验结果表明参量选取合适的情况下,随机并行梯度下降控制算法对静态或慢变化的畸变波前具有较好的校正能力。根据实验结果分析了影响随机并行梯度下降算法校正速度的主要因素。     

光子计数剪切干涉仪波前探测自适应光学系统噪声分析

在自适应光学系统中，波前探测器的噪声是主要误差源。针对我们建立的２．１６ｍ望远镜红外自适应光学系统，从伺服控制系统的角度分析了光子计数噪声及其在系统闭环过程中的传递，从理论上推导了系统的噪声功率谱、伺服传递函数以及开环和闭环噪声公式。另外，还给出了在系统中实测的开环和闭环噪声     

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...     

共光路/共模块自适应光学数据融合方法

研究了在CP／CM系统中,两个哈特曼—夏克波前传感器用于控制一套波前校正器件的几种数据融合方法,通过复原矩阵的条件数分析了斜率数据向量的扰动和复原矩阵的扰动对系统控制电压的影响,得到了相应的公式。实现了CP／CM自适应光学闭环实验,并且利用实际系统比较了几种数据融合方法,认为现有工程技术条件下,加修正因子斜率融合和电压融合是可行的办法,二者在控制电压的得到上是等价的,不同之处将表现在波前处理机。     

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。     

两种自适应光学系统中哈特曼波前传感器与变形镜的对准误差

利用直接波前斜率法和变形镜的电压一面形响应特性，研究了常规自适应光学系统和共光路／共模块(CP／CM)自适应光学系统中哈特曼波前传感器与变形镜的对准误差。常规自适应光学系统中，可以用重新测量变形镜的影响函数以减小对准误差的影响，虽并不能消除其影响，但系统都会有很大的调整容差；共光路／共模块自适应光学系统中采用不同的双哈特曼数据处理方法，哈特曼波前传感器与变形镜的对准精度对系统校正能力影响是不同的，采用加修正因子斜率融合法和电压融合法由于在数据融合时考虑了两台哈特曼传感器与变形镜对准的差异，所以对准误差的影响与在常规自适应光学中相同，系统都会有很大的调整容差，而采用直接斜率融合法的共光路／共模块系统由于是建立在两台哈特曼传感器完全一致的假设基础上，所以对对准精度的要求是很高的。分析过程中给出了相应的数值计算结果。     

自适应望远镜时间响应频率的优化

分析了自适应望远镜系统的波面补偿剩余误差与频率响应的关系。分析另出了时间响应误差和波面探测误差与截止频率之间的数学表达式,表明剩余波差随载止频率的变化规律既有反方向部分,又有正方向部分,从而可以找到一个最优频率,使得系统剩余波差最小。     

基于分区域耦合的随机并行梯度下降自适应光学

基于随机并行梯度下降(SPGD)方法的自适应光学(AO)系统通过直接优化系统的性能评价函数来控制波前校正器以补偿光束中存在的波前畸变。为了提高这种无模型优化自适应光学系统的收敛速度, 提出了基于分区域耦合的新方法以改进传统随机并行梯度下降自适应光学系统的工作方式。将波前校正器光学孔径分成多块子区域, 每块子区域对应着的所有驱动器作为一个整体控制单元, 从形式上可以得到一个空间分辨率较低的分区域波前校正器。该校正器与原校正器同步工作, 并采用随机并行梯度下降算法对同一个性能评价函数进行优化, 从而构成了双校正器的耦合工作结构。对256单元分立活塞式波前校正器建立了自适应成像系统的数值模型, 结果表明这种分区域耦合的随机并行梯度下降自适应光学系统比传统随机并行梯度下降自适应光学系统具有更快的收敛速度和更好的渐近态。     

夏克-哈特曼波前传感器的波前相位探测误差

对夏克－哈特曼（Ｓｈａｃｋ－Ｈａｒｔｍａｎｎ）波前传感器的相位探测误差进行了分析,并分析了它的政论相位探测极限,分析结果表明,夏克－哈特曼波前传感器的相位探测精度与探测器的噪声水平,探测目标的亮度有关,还与被探测对象的特性、孔径波前分割有关。给出了它们的关系表达式。