自适应光学系统中的逢适应控制算法研究

介绍和分析了一种在自适应光学系统中实用的自适应控制算法。与经典控制算法相比，自适应控制算法调整方便，综合考虑了大气湍流扰动和探测噪声等对系统控制效果的影响，控制参数能适应工作环境的变化，使系统达到最优控制状态。以61单元自适应光学系统上实现的自适应控制算法为例，用经典控制理论的波德（Bode)图、控制带等概念分析了这种算法的特点，并针对算法在实际系统应用中遇到的问题提出了解决的办法。     

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。     

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.     

自适应光学系统波前校正残余误差的功率谱分析方法

采用比较自适应光学系统闭环校正前后时间功率谱人方法,对自适应光学系统的波前校正残余误差进行了分析。在注意噪块时,实测的闭环波前复原相位误差与「实际波前校正残余误差是有区别的,分析了两者功率谱的差别之后,提出了一种估计实际波前校正残余误差的方法,应用这种方法对１．２米望远镜高分辨力自适应光学系统所采集的复原相位数据方差和波前校正残余误差进行了对比。     

微型自适应光学系统的波前重构算法

基于测量所得的 37通道微型机械薄膜变形镜的影响函数矩阵和微型自适应光学系统 ,给出模式法波前重构与补偿的微型变形镜的控制电压 ,模拟计算和微型自适应光学系统的实验结果说明所得结果是正确可行的     

自适应光学系统对大气湍流补偿的有效性分析

从伺服控制系统的角度分析了自适应光学系统的闭环噪声、大气湍流引起的误差以及系统的总体误码差,并在此基础上对自适应光学系统的有效性、系统的最佳带宽选取及系统的极限工作能力进行了分析,对已经建立的2.16米望远镜红外自适应光学系统给出了分析结果曲线。     

基于模型的无波前探测自适应光学系统

基于波前梯度的二阶矩和修正后的远场强度分布近似呈线性关系,设计了一种基于模型的无波前探测自适应光学系统快速闭环控制算法。使用61单元变形镜、CCD成像器件等建立了自适应光学系统仿真平台,并以不同湍流强度下的波前像差作为校正对象,分析了这种基于模型的无波前探测自适应光学系统的收敛速度、校正能力及对不同像差的适应性。结果表明,基于模型的无波前探测自适应光学系统在快速收敛的同时,能够获得接近波前校正器件的理想校正能力。N阶模式像差校正时,系统只需要进行N+1次远场光斑的测量。和现有的各种无波前探测自适应光学系统控制算法相比较,基于模型的无波前探测自适应光学系统所需的测量次数大大减少。     

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.     

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     

自适应光学系统中的自适应控制算法研究

介绍和分析了一种在自适应光学系统中实用的自适应控制算法。与经典控制算法相比 ,自适应控制算法调整方便 ,综合考虑了大气湍流扰动和探测噪声等对系统控制效果的影响 ,控制参数能适应工作环境的变化 ,使系统达到最优控制状态。以 6 1单元自适应光学系统上实现的自适应控制算法为例 ,用经典控制理论的波德 (Bode)图、控制带宽等概念分析了这种算法的特点 ,并针对算法在实际系统应用中遇到的问题提出了解决的办法     

两个自适应光学系统串联校正的控制性能分析

提出了一种用两个自适应光学系统串联校正的方法，这两个自适应光学系统分别采用前馈控制和反馈控制布局，利用一组共用的波前校正器中联起来，分析了这种串联校正方法的控制性能和噪声传递特性，在技术复杂性增加不多的条件下，这种串联结构的整体控制效果比单一系统改善了很多，用实际61单元自适应光学系统上的实验数据进行了仿真，验证了这种方法的有效性。     

遗传算法在自适应光学系统中的应用

为了校正激光光束的波前像差,建立了一套无需直接探测波前信息的自适应光学(AO)系统模型,提出了一种基于实数编码的高斯变异的遗传算法(GA)用来控制61单元压电变形镜补偿波前像差,并仿真利用此算法控制61单元变形镜校正由变形镜本身产生的像差。结果表明,这种算法能够找到补偿各种像差所需的变形镜的最优面型。像差校正后,焦平面的峰值光强最多能够提高30倍。环围斯特尔比值(Strehl ratio)最多能够从校正前的0.032提高到0.96,变形镜61个驱动器后的电压值收敛性能良好。     

Adaptive optics in astronomy

Since Galileo’s first observations in 1609, telescopes have grown dramatically in size. Larger telescopes collect more light, allowing astronomers to detect fainter sources and to look further back in time towards the birth of the universe. The angular resolution of these telescopes, however, has been limited by turbulence in the earth’s atmosphere. This limitation can be dramatically reduced with the use of adaptive optics (AO) to measure and correct the blurring introduced by atmospheric turbulence. AO is now routinely used for science observations on the world’s largest telescopes and is providing a much more detailed view of our universe.     

一种自适应光学闭环系统预测控制算法的仿真研究

介绍了校正大气湍流畸变波前像差的自适应光学系统中,基于预测控制技术对变形镜控制电压进行预测以减少自适应光学系统中时间延迟误差的方法.对受横向风影响的大气湍流畸变波前斜率数据,利用数值仿真方法,研究了基于递推最小二乘(RLS)算法的线性预测控制算法对自适应光学系统变形镜控制电压进行超前预测的方法,并与采用比例积分(PI)...     

自适应光学系统对实际大气湍流波前的时域校正效果

引入时域校正因子（系统团环校正波前残余误差与系统开环时的湍流波前扰动误差之比）和系统测量信噪比,分析了自适应光学系统对实际大气湍流扰动的时域校正效果与湍流功率指数、湍流功率谱转折频率、系统测量信噪比、系统时间延迟以及系统闭环带宽的关系,并给出了系统的最佳闭环带宽。此外还分析了弱光61单元自适应学系统的时域校正效果。     

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...     

快速傅里叶算法在哈特曼夏克传感器波前重构算法中的应用

提出了一种应用快速傅里叶变换算法提高哈特曼－夏克波前传感器波前重构实时性的快速算法，在根据波前斜率值应用最小二乘法估计波前相位的过程中，应用快速傅里叶变换算法进行方程的对角化和相位值的解耗，算法精站度，稳定，空间分辨率越高，算法实时性的优越性就越显著。     

一种正交二视角光学层析重建算法

提出了一种基于最大熵原理的正交二视角重建算法,该算法能够较好地重建多峰非对称待测场,且只需两个正交方向的投影数据。算法中融合了含有轴对称因子的先验知识,该先验知识可由两个正交方向的投影数据迭代算出,并分析了正交投影方向这个因素对重建结果的影响。通过计算机数值模拟,结果表明,融合先验知识的正交二视角重建算法与没有融合先验知识的正交二视角重建算法相比重建精度全面超出。其中,在两峰随机余弦高斯模拟待测场的情况下均方根误差减少了73％。在三峰随机高斯模拟待测场的情况下均方根误差减少了47％。该算法充分显示了在重建多峰非对称待测场时的优越性。同时,由于只需要两个正交方向的投影数据,可使实验系统得到简化。