【摘要】：自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)Σㄇ盎冞M(jìn)行實(shí)時(shí)地校正,從而獲得接近衍射極限的高分辨圖像或者高質(zhì)量的激光光束,因此被廣泛地應(yīng)用在天文望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)以及高能激光器系統(tǒng)中。然而隨著對(duì)系統(tǒng)要求的不斷提高,光束抖動(dòng)成為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能的限制因素。本文正是圍繞自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的光束抖動(dòng)問(wèn)題展開(kāi)了研究工作。1.首先,通過(guò)分析自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的光束抖動(dòng)來(lái)源,建立了光束抖動(dòng)信號(hào)的二階自回歸模型,并提出了基于Levenberg-Marquardt的最小二乘模型參數(shù)擬合優(yōu)化算法。利用Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法對(duì)光束抖動(dòng)信號(hào)的功率譜密度曲線進(jìn)行擬合,獲得了光束抖動(dòng)信號(hào)模型的物理參數(shù),即阻尼系數(shù)K和振蕩源功率σ~2,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中光束抖動(dòng)信號(hào)的準(zhǔn)確描述。仿真和實(shí)驗(yàn)都表明了光束抖動(dòng)模型建立的有效性和Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法對(duì)參數(shù)辨識(shí)的準(zhǔn)確性。2.然后,針對(duì)復(fù)雜頻率成分下的光束抖動(dòng)信號(hào),利用局部積分方法對(duì)功率譜密度曲線進(jìn)行平滑和分割,提取得到了各個(gè)單一頻率的光束抖動(dòng)信號(hào)。通過(guò)逐一地?cái)M合提取得到的各個(gè)單一頻率光束抖動(dòng)信號(hào)所對(duì)應(yīng)的功率譜密度曲線,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜頻率成分下的光束抖動(dòng)信號(hào)模型辨識(shí),從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中不同系統(tǒng)元件引起的光束抖動(dòng)信號(hào)的處理和分析。3.接著,根據(jù)光束抖動(dòng)控制系統(tǒng),建立了以光束抖動(dòng)校正殘差最小為優(yōu)化指標(biāo)的線性二次高斯(Linear quadratic Gaussian,LQG)控制。通過(guò)對(duì)光束抖動(dòng)信號(hào)功率譜密度曲線的平滑和分割,以及Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法對(duì)功率譜密度曲線的擬合,獲得了LQG控制器的各項(xiàng)控制參數(shù),也即實(shí)現(xiàn)了基于頻譜辨識(shí)的LQG光束抖動(dòng)控制技術(shù)。仿真結(jié)果顯示,基于頻譜辨識(shí)的LQG光束抖動(dòng)控制技術(shù)能夠有效地抑制低頻寬帶和高頻窄帶光束抖動(dòng),且與積分控制器相比,顯現(xiàn)出了極好的光束抖動(dòng)控制性能。另外,對(duì)提出的光束抖動(dòng)控制技術(shù)還進(jìn)行了在線辨識(shí)和在線控制的可能性分析。4.最后,在實(shí)驗(yàn)室條件下,實(shí)現(xiàn)了基于頻譜辨識(shí)的LQG光束抖動(dòng)控制技術(shù)對(duì)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中不同頻率的光束抖動(dòng)的有效控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于頻譜辨識(shí)的LQG光束抖動(dòng)控制技術(shù)不僅能夠控制由于大氣湍流或平臺(tái)擾動(dòng)引起的低頻寬帶光束抖動(dòng),也能夠有效地抑制不同器件振動(dòng)引入的高頻窄帶光束抖動(dòng)。通過(guò)本文的研究,實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)不同頻率光束抖動(dòng)的有效抑制,極大地提高了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光束抖動(dòng)的控制性能。同時(shí),基于頻譜辨識(shí)的LQG光束抖動(dòng)控制技術(shù)的實(shí)施一定程度上解決了目前自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中高頻窄帶光束抖動(dòng)難以抑制的問(wèn)題,對(duì)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用性能的提升十分有益。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O439
【圖文】：

自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)光束抖動(dòng)控制技術(shù)研究主要由波前探測(cè)器、波前校正器以及波前控制器的作用是實(shí)時(shí)地探測(cè)和計(jì)算波前畸變信息；波前變信息計(jì)算相應(yīng)的控制信號(hào)，并將控制信號(hào)輸控制信號(hào)后產(chǎn)生相應(yīng)的形變，實(shí)現(xiàn)對(duì)波前畸變

圖 1.1 常見(jiàn)的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Figure 1.1 Common adaptive optics system structure術(shù)的日益發(fā)展，自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在了各文望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)[9-20]、高能激光器系統(tǒng)[21-30]以及高分辨率

圖 1.3 部分天文望遠(yuǎn)鏡中自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)校正效果gure 1.3 The correction results of some astronomical telescope systkⅡ望遠(yuǎn)鏡對(duì)海王星的成像[12]；(b) Gemini 望遠(yuǎn)鏡對(duì) HydraA 星系遠(yuǎn)鏡對(duì) Cepheid 星系的成像[16]；(d) TMT 望遠(yuǎn)鏡仿真成像[19]、英國(guó)和加拿大三國(guó)合作建成的 8m Gemini 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的 8.2m VLT 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(Very Large Telescope)[15,16]以及 (Large Binocular Telescope)[17]，甚至在籌建中的 21m GMagellan Telescope)[18]，30m TMT 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(Thirty Meter

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本文編號(hào)：2798204