【摘要】：激光無線能量傳輸是一種以空氣為媒介以電磁波形式傳遞能量的技術(shù)。激光作為載體實施長距離能量傳遞是當(dāng)前的研究熱點�？諝庵写髿馔牧鞯臄_動引起接收端激光束波前相位畸變,致使靶面光斑分布不均勻并造成嚴(yán)重的傳輸能量損耗。為解決激光傳輸過程中的大氣湍流的影響,論文提出了一套基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的能量補償方案。所使用的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)包括波前傳感器,波前控制器,以及波前校正器,其中波前校正器的相關(guān)校正算法直接影響能量補償效果。論文深入分析所提出的自適應(yīng)光學(xué)能量補償系統(tǒng)的工作機理,根據(jù)Kolmogorov湍流理論進(jìn)行傳輸通道建模,利用Zernike多項式擬合大氣湍流信道造成的波前像差。在此基礎(chǔ)上圍繞激光無線能量傳輸大氣衰耗補償算法開展研究,針對波前控制器的具體算法進(jìn)行仿真測試。首先,在波前控制器中采用隨機并行梯度下降算法(SPGD,stochastic parallel gradient descent),探究其在不同大氣湍流干擾形成的初始像差下SPGD算法對激光無線能量傳輸?shù)难a償效果。結(jié)果表明SPGD對于大氣湍流引起的離散光斑有著較好的匯聚效果。在SPGD算法的校正下,接收端的能量集中度明顯提高。為了更加全面的驗證該系統(tǒng)的普遍適用性,對比SPGD算法在不同湍流強度下的校正效果,結(jié)果表明SPGD算法在不同的湍流擾動強度下均能顯現(xiàn)出較好的收斂性。但是該系統(tǒng)也存在著收斂速度較慢,以及SPGD算法容易陷入局部最優(yōu)值的問題,這會嚴(yán)重影響到能量補償系統(tǒng)的性能。然后,論文提出融合機器學(xué)習(xí)方法的SPGD算法,解決傳統(tǒng)的SPGD算法的上訴弊端。它在波前控制器中引入了深度學(xué)習(xí)方法,設(shè)計了一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(CNN,convolutional neural networks)對波前圖像進(jìn)行分類,直接對應(yīng)波前校正器所需的初始電壓。該模型能夠在學(xué)習(xí)樣本比較充足的前提下,可對不同大氣湍流影響而產(chǎn)生的光斑圖像進(jìn)行分類學(xué)習(xí)。在模型訓(xùn)練完畢之后,任意的一組Zernike系數(shù)所等效的大氣湍流波前光斑圖像都能被CNN模型進(jìn)行分類。結(jié)果表明融合了CNN方法的SPGD算法,明顯提高整個能量傳輸系統(tǒng)的響應(yīng)速度,同時局部收斂的問題得到改善,激光無線能量傳輸系統(tǒng)的效率也得到了提高。本文對于激光無線能量傳輸在大氣傳播過程中的衰耗補償方法進(jìn)行了研究,提出了兩套解決方案,在一定程度上提高了系統(tǒng)的能量傳輸效率,為將來激光能量補償?shù)脑趯嶋H中的應(yīng)用提供了相應(yīng)的理論指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN24
【圖文】：

第 2 章 自適應(yīng)光學(xué)在激光能量傳輸系統(tǒng)中能量補償原理下，有一定的相關(guān)性。( , )是單位圓內(nèi)的 Zernike 多項式極坐標(biāo)表達(dá)，其中 r a( 0 1)，r和a分別代表了光斑上某一點的實際坐標(biāo)的半徑以及光斑的半徑[31]。為了更好的去觀察與理解像差，我們利用 Matlab 仿真程序模擬生成了前 15階的 Zernike 多項式每一階所代表的波前像差圖，如圖 2.3 所示，通過觀察仿真圖我們可以看出，多項式階數(shù)的提高 Zernike 多項式呈現(xiàn)出的像差有著向復(fù)雜演化的趨勢，在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，我們可以利用 Zernike 多項式對波前進(jìn)行重構(gòu)，波前畸變的形狀就是利用各階 Zernike 多項式乘以各自的權(quán)重在單位圓內(nèi)得到的結(jié)果[32]。

遠(yuǎn)高于氣體和固體激光器（約 30％）。因此，在該實驗中使用激光波長為 532nm 的半導(dǎo)體激光器。圖 3.1 給出了能量補償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架。在該系統(tǒng)中，激光從激光源發(fā)射，在大氣傳播的過程中受到大氣湍流的影響，相位發(fā)生改變，引起相位差 ( r)。然后激光通過棱鏡到達(dá)波前校正器——可變形反射鏡 DM[34]，之后激光再次通過棱鏡，到達(dá)分束器后，大部分激光進(jìn)入光伏電池，小部分激光進(jìn)入 CCD 相機。CCD攝像機將檢測到的圖像信息發(fā)送到圖像采集卡，然后由計算機分析圖像，并利用能量補償算法產(chǎn)生變形鏡的控制電壓1 2 61u {u , u , , u }�？刂齐妷菏怯糜诳刂� 61單元變形鏡的面型以產(chǎn)生補償相位 u ( r )，隨著迭代次數(shù)的增加，補償相位 u ( r)不斷向最優(yōu)解逼近，殘余像差 ( r)將減小到 ( r ) ( r ) +u ( r)一個可以被接受的范圍之內(nèi)。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馬海虹;楊亞寧;張睿奇;趙寶軍;戚楠;;空間網(wǎng)絡(luò)無線能量傳輸技術(shù)研究進(jìn)展[J];空間電子技術(shù);2018年02期

2 王全;;集總參數(shù)電磁人工超材料在無線能量傳輸中的應(yīng)用[J];信息通信;2016年11期

3 李興田;馬光同;楊晨;王志濤;;涂層超導(dǎo)體無線能量傳輸理論研究與實驗驗證（英文）[J];低溫物理學(xué)報;2016年04期

4 劉柱;陳志璋;林先其;趙華鵬;李金艷;;磁諧振耦合無線能量傳輸?shù)难芯烤C述[J];南京信息工程大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2017年01期

5 鄭艷華;林杰凱;章秀銀;麥曉冬;;一種基于磁耦合諧振式的高效率雙頻無線能量傳輸系統(tǒng)[J];南京信息工程大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2017年01期

6 楊恒旭;張振超;匡正;吳鳴;楊軍;;壓電直流無線能量傳輸系統(tǒng)研究[J];電聲技術(shù);2016年10期

7 李瓊;羅春花;;磁耦合無線能量傳輸天線研究[J];價值工程;2017年07期

8 陳華君;袁麗娜;;無線能量傳輸在電動汽車中的應(yīng)用[J];現(xiàn)代鹽化工;2017年01期

9 閆嘯宇;楊世春;何紅;楊海圣;徐斌;劉治鋼;;無線能量傳輸負(fù)載自適應(yīng)的頻率分叉邊界控制[J];電源學(xué)報;2017年02期

10 張麗娟;劉鋒;;基于無線能量傳輸?shù)某潆娖脚_設(shè)計及其性能分析[J];電子測量技術(shù);2017年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 肖桂良;;無線能量傳輸技術(shù)概述[A];《IT時代周刊》論文專版（第300期）[C];2014年

2 崔曉熙;劉國希;董蜀湘;;低頻下的無線能量傳輸與磁場通訊[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

3 何彬陽;孔翔鴻;華立群;肖高標(biāo);毛軍發(fā);;非正定磁性超材料透鏡在無線能量傳輸中的應(yīng)用[A];2017年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2017年

4 李龍;;基于電磁超表面的無線能量傳輸與收集技術(shù)研究[A];2018年全國微波毫米波會議論文集(上冊)[C];2018年

5 喻易強;彭思培;陳孝平;;一種基于磁諧振耦合模式的平面型無線能量傳輸系統(tǒng)[A];2015年全國微波毫米波會議論文集[C];2015年

6 黃登祥;林先其;;基于阻抗匹配調(diào)節(jié)的高效率磁諧振耦合無線能量傳輸[A];2017年全國微波毫米波會議論文集(上冊二)[C];2017年

7 于歆杰;;基于磁電層狀復(fù)合材料的無線能量傳輸[A];新觀點新學(xué)說學(xué)術(shù)沙龍文集57：無線電能傳輸關(guān)鍵技術(shù)問題與應(yīng)用前景[C];2011年

8 賀少勃;陳遠(yuǎn)斌;於海武;楊東;郭良福;力一崢;劉勇;劉建國;王琳;;高功率激光放大器中的能量傳輸[A];中國工程物理研究院科技年報（2005）[C];2005年

9 朱春波;;用于移動設(shè)備的非接觸供電技術(shù)應(yīng)用研究[A];新觀點新學(xué)說學(xué)術(shù)沙龍文集57：無線電能傳輸關(guān)鍵技術(shù)問題與應(yīng)用前景[C];2011年

10 黃虎;瞿丹;琚興寶;;新型高效反饋式激光能量傳輸方法實驗研究[A];第十七屆中國科協(xié)年會——分6　中國海洋工程裝備技術(shù)論壇論文集[C];2015年

相關(guān)重要報紙文章 前5條

1 濟南軍區(qū)某部 馮東明 李旭光 楊發(fā)倫;無線充電：能量傳輸?shù)母锩黐N];解放軍報;2012年

2 華泰證券分析師 周毅;無線充電：傳輸投資新機會[N];證券時報;2014年

3 ;濮祖蔭：揭示地球空間能量傳輸過程的奧秘[N];科技日報;2003年

4 記者 唐鳳;不用電就能幫建筑降溫[N];中國科學(xué)報;2019年

5 本報記者 覃澤文;電力傳輸或?qū)⑨j釀顛覆式革命[N];中國能源報;2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張金;近場耦合中距離無線能量傳輸技術(shù)的研究[D];南京郵電大學(xué);2016年

2 吳偉;無線攜能通信系統(tǒng)安全通信與高效能量傳輸技術(shù)研究[D];南京郵電大學(xué);2017年

3 劉柱;基于陣列線圈磁耦合共振無線能量傳輸?shù)难芯縖D];電子科技大學(xué);2018年

4 bF梓軒;非輻射式無線電磁能量傳輸結(jié)構(gòu)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

5 劉曉晴;無線能量傳輸系統(tǒng)收發(fā)機聯(lián)合優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2019年

6 劉小暢;磁耦合諧振式無線能量傳輸若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];武漢大學(xué);2015年

7 孫桂林;高效無線能量傳輸及可植入人體的傳輸輻射一體化研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

8 李學(xué)平;視覺假體能量和數(shù)據(jù)無線傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安理工大學(xué);2018年

9 薛凱峰;微機電系統(tǒng)多維無線能量傳輸技術(shù)的研究與應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2011年

10 于樂;面向水下應(yīng)用的無線能量傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李桐;基于能量傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源分配策略研究[D];西南科技大學(xué);2019年

2 谷嘉冀;激光能量傳輸大氣衰耗補償方法研究[D];吉林大學(xué);2019年

3 申國君;基于改進(jìn)雞群算法的無線能量傳輸陣列天線方向圖優(yōu)化[D];吉林大學(xué);2019年

4 王建輝;基于PCB諧振線圈的無線能量傳輸系統(tǒng)設(shè)計及其特性研究[D];廈門大學(xué);2018年

5 明強;基于磁共振的無線能量傳輸信道估計與電路設(shè)計[D];南京大學(xué);2019年

6 石泰峽;人工磁導(dǎo)體在無線能量傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];太原理工大學(xué);2019年

7 何志強;三維全向水下無線能量傳輸方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

8 張宇;非接觸勵磁能量傳輸系統(tǒng)的負(fù)載功率前饋閉環(huán)控制研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2018年

9 曹亞洲;小功率感應(yīng)式無線能量傳輸耦合機構(gòu)的研究[D];東北石油大學(xué);2018年

10 王法恒;基于中繼線圈的無線能量傳輸裝置[D];哈爾濱理工大學(xué);2018年

本文編號：2733235