【摘要】：在地球表面使用望遠(yuǎn)鏡觀測天體時(shí),由于大氣湍流的存在致使光波傳輸介質(zhì)發(fā)生隨機(jī)擾動,導(dǎo)致天文望遠(yuǎn)鏡觀測到的天體圖片模糊不清。自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的出現(xiàn),極大的改善了地基望遠(yuǎn)鏡成像不清的缺點(diǎn)。而對大氣湍流進(jìn)行模擬是發(fā)展自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)不可缺少的一部分,因此對大氣湍流進(jìn)行模擬具有重要的理論和實(shí)踐意義。數(shù)值模擬大氣湍流對室內(nèi)測試自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)具有可控性、重復(fù)性、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文對現(xiàn)階段人們使用較多的Zernike多項(xiàng)式法和功率譜反演法進(jìn)行了詳細(xì)分析。在此基礎(chǔ)上,提出采用非均勻采樣方法下功率譜反演法來模擬大氣湍流相位屏。本文中采用Kolmogorov功率譜進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了在低、高頻與理論值都很吻合的結(jié)果,充分證明了非均勻采樣下功率譜反演大氣湍流算法的有效性。使用非均勻采樣下功率譜反演大氣湍流算法得到的相位屏雖具有很高的質(zhì)量,但因非均勻采樣方法下不能使用快速傅里葉變換導(dǎo)致相位屏生成速度極慢。針對這一問題,本文提出使用GPU技術(shù)和NUFFT算法來加速湍流相位屏的模擬。模擬結(jié)果證明GPU技術(shù)和NUFFT算法對湍流相位屏模擬具有很高的加速效果,為湍流相位屏的數(shù)值模擬節(jié)省了大量時(shí)間。在湍流相位屏數(shù)據(jù)生成之后,還需要解決如何搭建光波傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)對光束的調(diào)制,為解決這一問題本文采用純相位液晶空間光調(diào)制器(LC_SLM)作為湍流模擬器件。將湍流相位屏作為控制信號加載到液晶空間光調(diào)制器中,實(shí)現(xiàn)了大氣傳輸鏈路的建立,為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)測試提供條件。本文在此基礎(chǔ)上將湍流相位屏的生成模塊與信號加載模塊集成在一起,并添加顯示模塊,實(shí)現(xiàn)了大氣湍流數(shù)值模擬控制平臺的開發(fā)。并對模擬算法和控制界面做了大量優(yōu)化和美工,使控制平臺具有高效穩(wěn)定的工作性能。
[Abstract]:When the telescope is used to observe celestial bodies on the surface of the earth, the atmospheric turbulence causes random disturbances in the light wave transmission medium, which results in the blurred images of the celestial bodies observed by the astronomical telescope. The emergence of adaptive optics has greatly improved the shortcomings of ground-based telescope imaging. The simulation of atmospheric turbulence is an indispensable part of the development of adaptive optics, so the simulation of atmospheric turbulence has important theoretical and practical significance. Numerical simulation of atmospheric turbulence has many advantages, such as controllability, repeatability, low cost and so on. In this paper, Zernike polynomial method and power spectrum inversion method are used in detail. Based on this, a power spectrum inversion method is proposed to simulate the atmospheric turbulence phase screen. In this paper, the Kolmogorov power spectrum is used for numerical simulation, and the results are in good agreement with the theoretical values at low and high frequency, which fully proves the validity of the power spectrum inversion algorithm for atmospheric turbulence under non-uniform sampling. Although the phase screen obtained by the power spectrum inversion algorithm for atmospheric turbulence under non-uniform sampling has high quality, the fast Fourier transform (FFT) can not be used in the non-uniform sampling method, which results in the extremely slow generation speed of the phase screen. To solve this problem, GPU technique and NUFFT algorithm are proposed to accelerate the simulation of turbulent phase screen. The simulation results show that the GPU technique and the NUFFT algorithm have a high acceleration effect on the turbulent phase screen simulation and save a lot of time for the numerical simulation of the turbulent phase screen. After the generation of turbulent phase screen data, it is also necessary to solve the problem of how to construct a light wave transmission link to realize the modulation of the beam. In order to solve this problem, a pure phase liquid crystal spatial light modulator (LC_SLM) is used as the turbulence simulation device in this paper. The turbulent phase screen is loaded into the liquid crystal spatial light modulator as the control signal, and the atmospheric transmission link is established, which provides the condition for the indoor test of the adaptive optical system. Based on this, the generation module of turbulent phase screen is integrated with the signal loading module, and the display module is added to realize the development of atmospheric turbulence numerical simulation control platform. The simulation algorithm and control interface are optimized and applied to make the control platform work efficiently and stably.
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O357.5

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3 楊婧，

本文編號：2372074