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自适应光学系统迭代波前控制算法研究
程生毅
Subtype博士
Thesis Advisor许冰 ; 杨平
2015-03
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Degree Discipline信号与信息处理
Keyword自适应光学、迭代波前控制算法、迭代矩阵、存储空间、运算量
Abstract随着自适应光学技术的飞速发展,自适应光学系统波前校正器的单元数越来
越多,系统对波前控制器和波前控制算法的要求越来越高。然而,波前控制器的
运算能力逐渐不能满足自适应光学系统的需求,使得传统的波前控制算法面临了
一些新的挑战。本文针对多单元自适应光学系统,以保证系统的校正能力和波前
控制的实时性为目的,对波前控制算法进行了一系列的仿真和实验研究。
首先,基于千单元自适应光学系统,以降低波前控制的运算量为目的,对直
接斜率波前控制算法进行了分析,根据斜率响应矩阵为稀疏矩阵的特点,采用迭
代算法进行波前控制。迭代波前控制算法利用稀疏矩阵向量乘的技术,通过迭代
的方式得到变形镜驱动器上所加的控制电压,从而避免了传统算法对斜率响应矩
阵求广义逆的过程,进而减小了波前控制算法所占用的存储空间,降低了波前控
制算法的运算量,提高了波前控制速度。
其次,基于千单元自适应光学系统,对多种迭代算法的收敛性进行了分析,
并且根据迭代算法的运算量的大小和算法占用的存储空间的多少,对多种迭代算
法进行了对比研究。结果表明,共轭梯度迭代法既可保证较低的空间占用量,又
可兼顾较高的波前控制速度,是几种算法中最适于自适应光学系统的波前控制算
法。
再次,实验验证了迭代算法进行波前控制的有效性。然后模拟多组自适应光
学系统,从算法占用存储空间、运算量以及运算时间等多方面对比了迭代波前控
制算法和直接斜率波前控制算法的优劣。结果表明,迭代波前控制算法适应于千
单元以上的自适应光学系统,直接斜率波前控制算法适用于单元数较少的自适应
光学系统;随着自适应光学系统单元数增多,直接斜率波前控制算法的运算量大
致呈指数增长趋势,而迭代波前控制算法的运算量大致呈线性增长趋势。
最后,基于不同的自适应光学系统,分别从波前传感器子孔径与变形镜驱动
器的匹配关系、变形镜驱动器交连值、变形镜高斯函数指数三方面研究了系统参
数对迭代波前控制算法的影响。综合迭代矩阵和斜率响应矩阵的稀疏度、迭代波
前控制算法的运算量、自适应光学系统的波前校正能力以及系统的稳定性,给出
了子孔径与驱动器的最优匹配关系以及变形镜驱动器交连值和高斯函数指数的
最优取值范围。
迭代波前控制算法通过改变传统算法的数据结构,降低了波前控制的运算
量,对提升系统的控制带宽具有重要意义。通过本文研究,为未来多单元自适应
光学系统的波前控制算法的选取提供了依据,并且相关的研究为自适应光学系统参数的设计提供了参考。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/3018
Collection光电技术研究所博硕士论文
Affiliation中国科学院光电所
Recommended Citation
GB/T 7714
程生毅. 自适应光学系统迭代波前控制算法研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.
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