發(fā)布時間：2020-06-20 02:00

【摘要】：為了克服大氣湍流干擾,避免地基望遠鏡觀測到的天體圖像降質,提高望遠鏡的觀測分辨率,大型地基天文望遠鏡在天文成像觀測中都陸續(xù)配備了自適應光學系統(tǒng)。波前傳感器作為自適應光學系統(tǒng)必不可少的一部分,能夠實時測量大氣湍流波前動態(tài)誤差,是自適應光學系統(tǒng)的關鍵器件之一。哈特曼波前傳感器(Shack-Hartmann wavefront sensor,SHWFS)是一種常用的波前傳感器,它通過微透鏡陣列實時測量大氣湍流相位梯度變化實現(xiàn)對大氣湍流畸變波前信號的測量,因此對波前相位梯度信號的測量重建具有重要的理論和實踐意義。在傳統(tǒng)的大氣湍流畸變波前信號測量、處理框架中,當信號的采樣滿足奈奎斯特采樣定理時,才能保證信號在傳輸過程中不被破壞,進而完成信號的采集、傳輸、存儲和恢復。隨著天文光學望遠鏡口徑的增大,成像分辨率的提高,對大氣湍流波前測量系統(tǒng)提出了更高的要求,因此本文將壓縮感知技術應用于大氣湍流波前相位測量重建。壓縮感知技術用于大氣湍流波前梯度測量能在很大程度上減少波前梯度的測量數(shù)目,同時降低波前測量系統(tǒng)的硬件壓力。與現(xiàn)有波前梯度測量方法相比,壓縮感知波前測量方法增加了從波前梯度的稀疏測量值到波前梯度信號的重建過程,為了滿足波前信號實時測量的要求,將壓縮感知技術用于波前測量,首先需要快速、高精度的波前梯度重建算法。Smoothed l_0 Norm(SL0)算法是一種近似l_0范數(shù)估計的優(yōu)化迭代重建算法,它不需要提前知道信號的稀疏度,計算量低且重建精度高,更符合大氣湍流波前相位梯度重建要求。本文在SL0算法的基礎上對波前梯度信號進行分區(qū)域測量,結合并行運算,提出了一種分區(qū)域并行重建算法—Block-Smoothed l_0 Norm(B-SL0)。通過理論分析和仿真實驗結果表明,B-SL0在計算時間和精度都明顯優(yōu)于現(xiàn)有的其它重建算法,初步證明了壓縮感知技術用于大氣湍流波前測量的可行性。SL0算法是一種一維重建算法,而大氣湍流波前梯度信號是二維信號。重建二維信號時,通常將該二維信號轉換為一維信號,這樣不但會破壞信號內部結構,同時增加了計算復雜度和存儲空間。本文直接對二維信號實現(xiàn)二維重建,提出了Two-dimensional Newton Smoothed l_0 Norm(2D-NSL0)重建算法。該算法利用雙曲正切函數(shù)近似逼近l_0范數(shù),將修正牛頓方向作為搜索方向,提高了算法的重建精度,降低了運行時間,減少了存儲內存的使用。在相同的條件下,相比于一維重建算法相比,2D-NSL0算法在速度和精度上皆有所提高。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;O439

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本文編號：2721689