本文關(guān)鍵詞：自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)迭代波前控制算法研究

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【摘要】：隨著自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)波前校正器的單元數(shù)越來(lái)越多,系統(tǒng)對(duì)波前控制器和波前控制算法的要求越來(lái)越高。然而,波前控制器的運(yùn)算能力逐漸不能滿(mǎn)足自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的需求,使得傳統(tǒng)的波前控制算法面臨了一些新的挑戰(zhàn)。本文針對(duì)多單元自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),以保證系統(tǒng)的校正能力和波前控制的實(shí)時(shí)性為目的,對(duì)波前控制算法進(jìn)行了一系列的仿真和實(shí)驗(yàn)研究。首先,基于千單元自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),以降低波前控制的運(yùn)算量為目的,對(duì)直接斜率波前控制算法進(jìn)行了分析,根據(jù)斜率響應(yīng)矩陣為稀疏矩陣的特點(diǎn),采用迭代算法進(jìn)行波前控制。迭代波前控制算法利用稀疏矩陣向量乘的技術(shù),通過(guò)迭代的方式得到變形鏡驅(qū)動(dòng)器上所加的控制電壓,從而避免了傳統(tǒng)算法對(duì)斜率響應(yīng)矩陣求廣義逆的過(guò)程,進(jìn)而減小了波前控制算法所占用的存儲(chǔ)空間,降低了波前控制算法的運(yùn)算量,提高了波前控制速度。其次,基于千單元自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),對(duì)多種迭代算法的收斂性進(jìn)行了分析,并且根據(jù)迭代算法的運(yùn)算量的大小和算法占用的存儲(chǔ)空間的多少,對(duì)多種迭代算法進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明,共軛梯度迭代法既可保證較低的空間占用量,又可兼顧較高的波前控制速度,是幾種算法中最適于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的波前控制算法。再次,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了迭代算法進(jìn)行波前控制的有效性。然后模擬多組自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),從算法占用存儲(chǔ)空間、運(yùn)算量以及運(yùn)算時(shí)間等多方面對(duì)比了迭代波前控制算法和直接斜率波前控制算法的優(yōu)劣。結(jié)果表明,迭代波前控制算法適應(yīng)于千單元以上的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),直接斜率波前控制算法適用于單元數(shù)較少的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng);隨著自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)單元數(shù)增多,直接斜率波前控制算法的運(yùn)算量大致呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì),而迭代波前控制算法的運(yùn)算量大致呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。最后,基于不同的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),分別從波前傳感器子孔徑與變形鏡驅(qū)動(dòng)器的匹配關(guān)系、變形鏡驅(qū)動(dòng)器交連值、變形鏡高斯函數(shù)指數(shù)三方面研究了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)迭代波前控制算法的影響。綜合迭代矩陣和斜率響應(yīng)矩陣的稀疏度、迭代波前控制算法的運(yùn)算量、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的波前校正能力以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性,給出了子孔徑與驅(qū)動(dòng)器的最優(yōu)匹配關(guān)系以及變形鏡驅(qū)動(dòng)器交連值和高斯函數(shù)指數(shù)的最優(yōu)取值范圍。迭代波前控制算法通過(guò)改變傳統(tǒng)算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),降低了波前控制的運(yùn)算量,對(duì)提升系統(tǒng)的控制帶寬具有重要意義。通過(guò)本文研究,為未來(lái)多單元自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的波前控制算法的選取提供了依據(jù),并且相關(guān)的研究為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)提供了參考。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O439

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