自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)補(bǔ)償光在傳輸過(guò)程中由傳輸介質(zhì)引起的隨機(jī)波前畸變,進(jìn)而被廣泛應(yīng)用天文觀測(cè)、空間目標(biāo)觀測(cè)和激光傳輸?shù)认到y(tǒng)。近年來(lái),隨著相關(guān)理論和技術(shù)的不斷發(fā)展,自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)在光通信、醫(yī)學(xué)成像、激光加工等眾多領(lǐng)域取得了進(jìn)一步的應(yīng)用。波前控制作為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,直接影響自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的波前校正性能。目前,大多數(shù)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)采用的算法是簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)的比例積分控制,但是其控制參數(shù)調(diào)節(jié)多依賴人為經(jīng)驗(yàn),且控制性能和穩(wěn)定性難以兼顧。雖然有很多自適應(yīng)光學(xué)控制的算法被提出,如魯棒控制、預(yù)測(cè)控制、最優(yōu)控制等,但大多數(shù)局限于理論仿真和實(shí)驗(yàn)室研究,離實(shí)際應(yīng)用還存在一定距離,少部分算法實(shí)際應(yīng)用又具有局限性。目前,隨著自適應(yīng)光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展和對(duì)控制性能要求的不斷提高,控制算法難以滿足實(shí)際需求。因此,為了解決自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的控制難題,本文提出采用線性二次高斯控制方法。首先,針對(duì)線性二次高斯控制需要精度較高的被控對(duì)象系統(tǒng)模型問(wèn)題,本文根據(jù)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)際工作情況,提出了基于變量帶誤差模型的子空間辨識(shí)方法。利用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的輸入與輸出數(shù)據(jù),建立了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型。仿真結(jié)果表明了所... 

【文章來(lái)源】：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)四川省

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

孔徑的光斑發(fā)生偏移，根據(jù)每個(gè)子孔徑的光斑偏移量向的平均斜率：( , )d d2 2( , )d d2 2i ic xi Si ic yi SX I f x y fX x y GI S xY I f x y fY x y GI S yλ λπ πλ λπ π Φ = = = Φ= = = ，f 是微透鏡的焦距；Ii是第 i 個(gè)像素所接到的信號(hào)坐標(biāo)；（Xc，Yc）為光斑的質(zhì)心坐標(biāo)；S 是子孔徑的方向和 Y 方向的平均斜率。波前傳感器所測(cè)到的波前的波前復(fù)原或是波前校正器的控制電壓的計(jì)算。

這是由于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器位移分辨率高、控制方便。壓電陶瓷變形鏡的工作原理如圖1.3 所示，通過(guò)變形鏡驅(qū)動(dòng)器拉伸或是壓縮的方式使變形鏡產(chǎn)生不同的鏡面面形，繼而可以產(chǎn)生與畸變波前互補(bǔ)的波前相位[75]。本文所采用的變形鏡是壓電陶瓷變形鏡。圖 1.3 壓電陶瓷變形鏡原理示意圖Figure 1.3 The principle diagram of PZT deformable mirror波前控制系統(tǒng)被稱為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的“大腦”。波前控制系統(tǒng)主要的職責(zé)是根據(jù)波前傳感器探測(cè)到的畸變波前的斜率信息，復(fù)原出波前校正器所要施加的電壓，通過(guò)控制器運(yùn)算、數(shù)模轉(zhuǎn)換和高壓放大后發(fā)送到波前校正器。波前控制系統(tǒng)的工作流程如圖 1.4 所示，圖像采集主要負(fù)責(zé)波前傳感器相機(jī)的采集以及數(shù)據(jù)的處理，并將有效子孔徑的數(shù)據(jù)分配到相對(duì)應(yīng)的波前斜率計(jì)算單元里；斜率計(jì)算主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)計(jì)算所有有效子孔徑的波前斜率，得到斜率向量；波前復(fù)原是通過(guò)波前復(fù)原計(jì)算，得到波前誤差向量，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)矩陣運(yùn)算的過(guò)程；控制運(yùn)算主


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