导读:本文包含了波前探测论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:自适应,光学,算法,激光,湍流,梯度,目标。
波前探测论文文献综述
王娅雯[1]（2019）在《基于扩展目标的相关哈特曼波前探测方法研究》一文中研究指出哈特曼波前探测器作为一种波前位相测量器件,凭借其优越的性能,被广泛的应用于自适应光学、主动光学、图像复原等领域。而1998年相关哈特曼波前探测器的提出及成功应用使太阳自适应光学系统走向实用化,并推动了对地面景物或空间扩展目标的波前探测工作的开展。而对基于扩展目标的畸变波前探测,扩展目标本身的对比度,内容分布位置等因素均会影响相关哈特曼波前探测器的探测精度。为了提高相关哈特曼波前探测器在基于扩展目标的波前探测工作中的性能,本文开展了如下研究,并取得一系列研究成果。相关哈特曼波前探测器通过计算子孔径图像与参考图像的互相关函数的峰值来估计子孔径图像的偏移,当扩展目标的对比度较低时,基于子孔径图像间灰度值乘积之和的互相关函数值将不再能精确地反映图像间的相似性,用其来估计子孔径图像偏移量误差较大。针对这个问题,提出了对参考子孔径图像进行伽马变换处理的子孔径偏移量探测算法。在仿真分析中,说明了针对目标特点应用合适伽马值的伽马变换相关算法,能大幅提升子孔径偏移量探测精度,对于RMS=6.86的太阳黑子类低对比度扩展目标,应用γ<1的伽马变换相关算法最高可以使子孔径偏移量探测误差降低88.12%;而最佳伽马值的选择会受到子孔径分辨率的影响,随着子孔径分辨率的降低,通过改变伽马值提升算法偏移量探测精度的效果越有限;伽马变换相关算法抗噪能力较弱,对于PSNR=43dB的中等信噪比子孔径图像,应用其会使得偏移量探测误差增加,而此时利用高信噪比图像作为参考图像可使算法的波前探测结果达到与高信噪比时相同的精度。在波前重构实验中,对特征部分最亮背景部分较暗的子孔径图像应用γ=1.5的伽马变换相关算法,使重构误差减小22.86%,实验验证了针对目标特点,选择合适伽马值的伽马变换相关算法能提升偏移量探测精度。利用FFT来实现子孔径图像间互相关的计算是目前普遍应用的方法,但其需要将有限图像周期延拓成无限图像,使得其相关值反映的实际上是参考图像和周期延拓的待测子孔径图像间的相似度,当扩展目标的特征接壤视场边缘时,偏移量探测误差会非常大。针对这个问题,提出了利用梯度图像进行互相关运算的子孔径偏移量探测算法,通过单个子孔径图像偏移量探测和畸变波前重构仿真,说明了应用梯度互相关算法可以使偏移量探测精度达到较高的水平,并能消除由边缘效应导致的波前重构误差项;在波前探测实验中,验证了梯度互相关算法能提升对特征接壤视场边缘的扩展目标的波前探测精度,平均可以使波前重构残差减少28.1%;通过液晶自适应光学校正成像实验,说明了梯度互相关算法的应用可以提升系统的成像分辨率。本研究得到的成果提升了相关哈特曼波前探测器的探测能力,使相关哈特曼波前探测器用于多种扩展目标的波前探测均有优良表现,拓宽了基于扩展的相关哈特曼波前探测器的应用范围。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)》期刊2019-06-01）
王蕊[2]（2019）在《水平激光通信自适应校正性能分析及波前探测方法研究》一文中研究指出自由空间激光通信系统以其传输速率高、保密性强、方向性强等许多明显优于射频无线通信系统的特点而得到广泛研究。对于星地激光通信和水平激光通信,在传输过程中激光信号会受到大气影响而产生能量衰减,同时发生波前畸变,降低激光通信性能。自适应光学技术可以实时补偿由大气湍流引起的光学波前畸变,进行高精度校正,从而恢复空间光通信系统的通信能力。目前激光通信自适应系统的设计依然是基于大口径望远镜成像光学的设计方法,以斯特列尔比来评价激光通信系统的接收能量和误码率,其仅考虑峰值能量。但是激光通信是通过计算整个靶面的能量积分来计算通信误码率,因此利用斯特列尔比法无法准确计算接收靶面的能量值,因而也无法准确预计通信误码率。因此,需要采用精确能量计算方法,来分析自适应校正对激光通信的影响,为激光通信自适应系统的设计提供理论依据。此外,由于大气湍流实时随机变化,尤其是水平通信链路,其湍流变化更加剧烈。这样会在通信过程中出现强湍流,导致哈特曼探测器无法探测波前像差,从而出现校正精度急剧下降,通信失败。为此,本论文主要针对目前自适应系统在激光通信中应用时存在的缺乏校正效果和通信性能之间的评价标准,以及强湍流波前无法探测的问题进行研究。针对强湍流下自适应系统无法探测波前的问题,本文提出无波前探测和哈特曼探测器相结合的混合探测方法,初始先利用无波前探测方法进行波前探测和校正,当像差进入哈特曼的探测范围时,切换到哈特曼探测器进行波前的高速和高精度探测,从而获得高精度波前校正,降低通信误码率。这样,既增大系统探测范围又不降低系统带宽。采用SPGD算法进行无波前探测的位相恢复,针对SPGD无波前恢复算法迭代次数多的问题,提出将Zernike像差替换变形镜电压作为扰动对象的优化算法,令算法迭代次数减少两个数量级。同时提出利用环形光强代替中心光强作为性能指标的方法,扩大了像差恢复范围,使得恢复范围增加31%。此外,提出利用哈特曼的标准光斑阵列和强湍流时的光斑阵列的相关度作为无波前探测和哈特曼探测之间的切换依据,模拟和实验结果显示,当相关度为0.81时,可以进行探测方式的切换。最后,在模拟分析的基础上,进行了实验室强湍流探测验证实验,结果表明:无波前恢复算法能够将耦合效率由0.012提高到0.35,误码率由10~(-1)降低到10~(-4);进入哈特曼探测后,耦合效率提升到0.55,误码率下降到10~(-6)。该结果证明混合波前探测方法能够有效解决强湍流下系统探测能力不足的问题,为强湍流激光通信自适应系统探测提供了一条技术途径。针对空间激光通信中缺乏自适应校正对通信性能影响的评价标准问题,本文根据桶中功率模型,推导了系统校正残差与耦合效率和通信误码率的定量关系表达式,并进行了模拟分析:对于10~(-9)的理想通信误码率,对于误码率小于10~(-6)的应用需求,要求校正残差的RMS值小于0.67弧度、系统3dB带宽应为格林伍德频率的1.6倍。同时进行了9公里水平湍流的自适应校正验证实验,实验结果与本论文推导的理论曲线几乎完全重合,耦合效率的平均偏差小于0.02,误码率的平均偏差小于0.1个数量级,证实了理论分析的有效性,为空间激光通信自适应系统的理论设计提供理论支撑。针对9公里水平跨海链路的激光通信自适应校正需求,完成空间激光通信自适应系统的设计和装调,提出基于光纤光源的望远镜光瞳成像方法,实现了望远镜出瞳位置和后截距的精确测量。针对探测支路的光轴无法确定问题,采用测微准直望远镜反向入射的方法。实现了光轴了精确标定。最后,开展了实验室和外场验证实验,结果表明:对于室内实验的静态像差,校正后波前RMS值2.01rad从减小到0.29rad,误码率从10~(-5)降低到10~(-7),减小了2个数量级;同时实现了格林伍德频率40Hz的大气湍流的实时校正,校正后,平均误码率从2×10~(-2)降低到3.7×10~(-7),减小了五个数量级;对于9公里跨海激光通信自适应校正实验,校正后波前残差RMS由4.68rad减小到0.71rad,耦合效率提高30%,误码率由6.7×10~(-3)减小到2.84×10~(-6),降低了叁个数量级。本文针对空间激光通信中存在强湍流波前探测问题和自适应校正系统设计中存在的评价标准问题,开展了一系列研究工作,有效解决了上述问题。本论文的研究成果为空间激光通信自适应系统的设计提供理论依据和技术支撑,其将大力推动自适应光学技术在空间激光通信中的应用,从而推进空间激光通信在军民领域的广泛应用。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)》期刊2019-06-01）
马良[3]（2019）在《基于模型的无波前探测自适应光学系统波前校正》一文中研究指出光学系统的成像过程中,内部存在静态随机像差,外部受到大气湍流的影响产生动态像差,系统中的图像传感器混有各种类型噪声,这些像差及噪声的存在极大地降低了成像质量,使得成像效果模糊、变形。常规自适应光学(AO-Adaptive Optics)系统是一种实时校正波前像差的有效手段,然而在复杂情况下波前测量变得非常困难,因此校正效果受到限制。无波前探测AO系统省去了波前传感器,在恶劣情况下校正依然有效,具有结构简单、可靠性高、体积小等特点。在无波前探测AO系统控制算法方面,基于几何光学原理的控制算法需要事先定义基函数,但它不依赖于基函数的具体类型,可直接利用测量的影响函数作为基函数,无需清除系统像差,简单方便,适用于大、小像差。本文首先以扩展目标作为校正对象,利用88单元变形镜及电荷耦合器件(CCD-Charge Coupled Device),建立带有噪声的无波前探测AO系统模型,在噪声情况下验证了掩膜探测器信号(MDS-Masked Detector Signal)和波前相位平均梯度平方和(MSG-Mean Square Gradient)之间存在线性关系。基于此线性关系的算法作为无波前探测AO系统的控制算法,通过仿真检验模型式无波前探测AO系统在噪声情况下对扩展目标成像的校正能力。结果表明:相同湍流条件、不同信噪比下的校正效果接近;按照湍流条件从小到大的顺序,对比信噪比为20dB时的校正结果,5dB校正后的平均均方根(RMS-Root Mean Square)相对误差分别为3.71%,3.37%和2.32%,说明基于该线性关系的控制算法具有较强的抗噪能力。其次以点目标为校正对象,利用压电变形反射镜、CCD相机和夏克哈特曼传感器等元器件搭建37单元变形镜光学实验平台。通过Microsoft Visual Studio2010(VS2010)软件完成基于该线性关系的控制算法在微软基础类库(MFCMicrosoft Foundation Classes)中闭环模块的实现,并与随机并行梯度下降(SPGDstochastic parallel gradient descent)控制算法实验做对比,进而探究基于线性关系的控制算法对点目标成像的校正能力。实验表明基于该线性关系的控制算法校正速度更快,且不容易出现局部收敛现象。(本文来源于《中国矿业大学》期刊2019-05-01）
赵旺,董理治,杨平,许冰,王帅[4]（2019）在《目标粗糙特性对主动照明信标波前探测的影响》一文中研究指出建立了基于目标粗糙特性的主动照明信标数值计算模型,分析了目标粗糙特性对散射回波光强均匀性和波前均方根的影响,对比了不同目标粗糙程度下主动照明信标探测波前和点光源信标探测结果的差异,以及自适应光学系统校正效果。研究结果表明:随着目标表面粗糙程度减弱,散射回波的波前均方根变大,主动照明信标和点光源信标探测波前结果差异增大,自适应光学系统校正效果下降。此外,增多照明光路数可以抑制弱粗糙表面时上行链路湍流对主动照明信标波前探测的影响。(本文来源于《中国激光》期刊2019年07期）
赵致远[5]（2019）在《PD法激光波前探测适应性问题的分析与消除》一文中研究指出为了探究激光的特性,激光波前探测是方法之一。基于PD法的激光波前探测具有系统简单,能检测连续变化和非连续变化的波前畸变等优点,然而在波前探测的过程中会受到诸多因素干扰,导致探测结果出现误差甚至错误,因此对PD法激光波前探测的适应性问题进行分析和消除有着重要意义。本文对波前探测过程中主要的误差因素进行适应性分析并给出了对应的误差消除方法,主要研究内容如下:(1)对PD法激光波前探测理论展开研究,在其理论基础上确定基于PD法激光波前探测的基本数学模型。采用无约束最优化方法求解未知的波前图像。(2)对PD法激光波前探测进行离焦量误差、图像噪声误差、图像配准误差和图像采样适应性分析和消除。针对离焦量误差问题,优化目标函数,并根据几何光学的知识直接求解离焦量;针对图像噪声误差问题,通过减去图像噪声基线的方式对图像进行预处理,并引入迭代参量对目标函数进行优化;针对图像配准误差问题,先对图像进行粗配准,之后使用基于最小二乘的曲面拟合与梯度结合的方法对图像进行精配准;针对图像采样问题,给出了Q_(min)≥2的采样条件。(3)进行波前探测仿真实验,验证本文误差消除算法的可行性。实验数据表明:对于离焦量误差,将优化目标函数法与计算离焦法相结合对离焦误差的消除效果最好,相比于未误差处理的波前残差RMS值平均优化了0.06λ;对于图像噪声误差,将优化目标函数法与图像预处理法相结合对图像噪声误差的消除效果最好,相比于未误差处理的波前残差RMS值平均优化了0.23λ;对于图像配准误差,将曲面拟合法与梯度法相结合对配准误差的消除效果最好,相比于未误差处理的波前残差RMS值平均优化了1.00λ。综合法波前探测的精度达到0.03λ,为激光波前探测的工程应用提供了技术支持。(本文来源于《长春理工大学》期刊2019-03-01）
马良,徐奇,吴阳,杨慧珍,杨海波[6]（2019）在《噪声情况下模型式无波前探测自适应光学系统扩展目标成像校正》一文中研究指出利用88单元变形镜及电荷耦合器件成像器件,以扩展目标为校正对象,建立了带有噪声的无波前探测自适应光学系统模型。在噪声情况下,验证了扩展目标成像时掩模探测器信号和波前相位的平均梯度平方和之间存在线性关系。将基于此线性关系的算法作为无波前探测自适应光学系统的控制算法,通过仿真,检验了模型式无波前探测自适应光学系统在噪声情况下对扩展目标成像的校正能力。结果表明,相同湍流条件、不同信噪比下的校正效果接近。按照湍流条件从小到大的顺序,与信噪比为20 dB的结果相比,信噪比为5 dB时校正后的平均均方根相对误差分别为3.71%,2.94%和2.42%,说明基于该线性关系的模型控制算法具有较强的抗噪能力。(本文来源于《中国激光》期刊2019年04期）
罗瑞耀,王红岩,宁禹,丁枫,万国新[7]（2018）在《基于阵列激光导星的自适应光学波前探测数值仿真》一文中研究指出为克服当前波前探测技术存在的固有问题,提出了一种基于阵列激光导星(Laser Guide Star,LGS)的自适应光学系统。该系统可以有效消除聚焦非等晕效应的影响从而提高系统的波前探测精度,由此大幅度增大激光导星自适应光学系统的大气湍流探测范围,从而降低自适应光学系统对导星亮度的要求。阐释了该系统的闭环工作过程,并依据其工作过程建立仿真模型,数值仿真了该系统基于阵列激光导星的波前探测过程。最后对重构波前精度进行评估,分析了仿真存在的误差。数值仿真结果显示:该系统的波前重构精度较好,校正残差为11%,初步验证了利用阵列激光导星进行波前探测的可行性。(本文来源于《红外与激光工程》期刊2018年11期）
吴加丽[8]（2018）在《无波前探测的相干光通信系统实验研究》一文中研究指出相干光通信以其检测灵敏度高、调制方式丰富和通信容量大等优势逐渐引起人们的关注。由于大气湍流的随机性使得信号光经大气湍流后波前发生畸变,降低了相干光通信系统混频效率。自适应光学技术可以有效补偿信号光波前像差,保持通信链路稳定。因此,研究自适应光学具有重要的理论意义和实用价值。本文研究了无波前探测自适应光学技术对相干光通信系统畸变信号光的校正,主要工作如下:1、根据无波前探测自适应光学系统组成结构及工作原理,推导了波前峰谷值、波前均方根值、远场光斑斯特列尔比(Strehl Ratio,SR)和相干光通信系统混频效率等目标函数的解析表达式。根据激光大气传输理论和菲涅尔衍射原理,结合Hill谱模型,研究了激光束经大气湍流传输后光斑变化情况。2、以远场光斑SR作为系统目标函数,分析了在不同湍流强度下基于随机并行梯度下降算法(Stochastic Parallel Gradient Descent Algorithm,SPGD)的无波前探测自适应光学技术对波前畸变的校正能力,讨论了该算法不同参数取值对系统性能的影响。3、研制了无波前探测自适应光学实验系统,以电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)相机探测的光斑灰度值作为系统目标函数,验证SPGD算法对不同湍流强度下信号光波前畸变的校正能力。4、研制了基于无波前探测自适应光学技术的相干光通信实验系统,以耦合进单模光纤的光功率值为系统目标函数,分别验证SPGD算法对传输600 m、传输1300 m后信号光波前畸变的校正能力。结果表明:信号光波前畸变经自适应光学校正后系统目标函数(即CCD相机探测的光斑中心100个像素点的平均灰度均值)由119.8、84.6和35.7分别提高到246.6、249.1和245.7。在外场600 m和1300 m实验中,耦合进单模光纤的光功率值分别由-36.32 dBm和-43.68 dBm提高到-10 dBm和-27.1 dBm。说明无波前探测自适应光学技术可以有效抑制大气湍流对信号光的影响,提高相干光通信系统单模光纤耦合功率。(本文来源于《西安理工大学》期刊2018-06-30）
刘超[9]（2018）在《激光导星高精度波前探测与重构方法研究》一文中研究指出自适应光学系统是目前大口径地基望远镜实现高分辨率成像不可或缺的装备。它可以实时对由大气湍流引起的光学波前畸变进行高精度校正,从而恢复望远镜的高分辨能力。在自适应光学系统中,高精度的波前探测是确保其校正性能的核心技术之一。在传统天文成像中,通常利用亮度较量的恒星目标作为信标来进行波前测量,以引导对其周围等晕角范围内的暗弱目标进行高分辨率成像观测。这种对亮目标的依赖,使得传统系统在进行天文观测时只能对不足1%的天空区域进行自适应观测。为此,Foy和Labeyrie于1985年提出了激光导星的概念。即利用激光在待观测目标附件的大气层中形成一个人造的信标进行湍流畸变的测量,从而摆脱对天然亮目标的严重依赖。目前,主要有两种类型的激光导星技术:一、通过瑞利层(10km~20km)大气分子的后向散射产生的叫做瑞利激光导星;二、利用激光来激发钠原子层(90km)发光而产生的叫做钠激光导星。由于激光导星是人造信标,与传统无穷远的自然导星存在很大差异。目前激光导星还存在波前探测精度低和GLAO波前重构精度低的问题。激光导星波前探测精度低主要是因为激光导星具有一定的延长,并且在探测时哈特曼子孔径内存在高阶畸变。GLAO波前重构精度低主要是由于激光导星位于有限远,存在锥形效应,使得传统的平均法重构信息缺失。针对上述几方面的问题,本论文开展了一系列创新性研究工作,取得了一系列研究成果。针对激光导星波前探测精度的问题,提出了基于最大似然估计方法的质心探测算法。在降低光子噪声的同时部分地消除了子孔径内高阶畸变的影响,提高了质心探测精度。随着激光导星光斑延长越大、信噪比越低,该算法相比于传统算法的优势越明显,并且这一结论通过了室内的验证实验。本论文模拟了在20m口径的望远镜,信噪比SNR=20,在边缘发射的情况下,40×40个子孔径的哈特曼波前探测器进行探测时,使用四种算法的探测精度。本论文提出的算法在单高斯模型下,对波前的重构误差为67.12nm,相比质心算法降低了12%,相比加权质心算法降低了46%,相比相关算法降低了31%;在双高斯模型下,重构误差为70nm,相比质心算法降低了10%,相比加权质心算法降低了52%,相比相关算法降低了38%。为了获得激光导星光斑,完成本文提出的算法在外场实验的验证,设计了一套激光导星发射与接收系统。激光导星的发射系统同样受到大气湍流的影响,在分析了该影响后得出:激光导星发射系统的最佳发射口径为大气相干长度的3.8倍。为了保证发射系统的出光能力,发射口径为出瞳处激光光斑半径的3倍;同时在考虑了大气湍流的影响后,能够得到了激光导星大小约为无湍流时激光导星大小的1.67倍。最终设计了激光导星的发射系统,激光导星束腰高度为10km,经过公差分析得出,该发射系统在80%的情况下产生的导星光斑半径为0.6arcsec,小于1arcsec。为了保证瑞利激光导星的高度和采样厚度,通过脉冲延迟器作为系统时钟,激光器发出脉冲后延迟66.7us后控制普克尔盒使开关打开,打开时间为6.7us。针对GLAO中多导星波前重构信息缺失的问题,采用了加权重构算法。多导星加权重构算法根据激光导星位置为每个激光导星分配不同的权重因子,弥补了激光导星锥形效应带来的探测信息缺失的问题。在大视场的GLAO模式下的权重因子是视场内各个方向权重因子的平均。加权算法的波前重构精度相比传统的平均法有所提高,加权算法得到的系统斯特列尔比(SR)随着视场的增大而减小,在视场中心系统的SR相比于平均法提高了约为0.2,在视场为2arcmin时,加权算法重构精度都高于平均法。为了验证多导星的加权重构算法,设计了多导星自适应光学系统,实验结果得出在中心视场系统的SR约为0.42,相比于传统的平均法给出的SR约为0.22,中心视场的系统SR提高了0.2,与模拟结果一致。本论文提出的激光导星波前探测算法以及得到的以上结论在一定程度上解决了激光导星自适应光学在应用过程中遇到的问题。对我国激光导星技术的发展起到一定的推动作用。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)》期刊2018-06-01）
王志强[10]（2018）在《激光大气传输中无波前探测校正技术的数值仿真研究》一文中研究指出与传统的共辆式自适应光学(Adaptive Optics,AO)技术相比,无波前探测(Wavefront Sensorless,WFSless)的AO技术不需要波前测量和重构过程,简化了 AO系统结构,拓宽了传统共轭式AO技术在波前无法测量和对系统有轻型化要求等环境下的应用。本文的研究内容主要从WFSlessAO技术常用的各种优化控制算法及其在激光大气传输中的应用两个方面展开,以理论分析和数值仿真为主要手段对WFSlessAO技术进行原理性的研究和应用上的探索分析,取得的主要成果及创新如下:1、在理论上分析和研究了基于随机逼近方式的非确定性无模型优化算法和基于某种数学或物理模型的确定性有模型优化算法两类WFSlessAO系统的优化算法的算法原理和设计思路之后,通过建立WFSless AO系统的数值仿真模型对比研究了 3种常用算法:随机并行梯度下降(Stochastic Parallel Gradient Descent,SPGD)算法、基于“球堆垛”数学模型的模式法和基于波前梯度的平方均值与远场光斑二阶矩之间的线性关系物理模型的普适模型法的收敛速度、收敛稳定性和算法实现的难易程度,并对算法的主要参数和适用领域进行了对比,得到了算法应用的一些依据及实际经验。2、针对普适模型法在一次校正后即达到很好校正效果的特点,定义了快速稳定收敛比的概念用来评价有模型优化算法的收敛特性,同时根据由大气湍流造成的波前畸变的像差分布特点,提出了矢量化的斜率因子,研究结果表明,矢量化的斜率因子在湍流强度较强时,具有更好的校正效果。另外,针对基于Zernike多项式模式的普适模型法WFSless AO系统在畸变波前的校正过程中发现的两个主要问题:模式阶数选取困难和变形镜拟合误差问题,研究了基于变形镜本征模式的普适模型法,研究结果表明,基于变形镜本征模式的普适模型法模式阶数等于变形镜的驱动器单元数,一般无需针对不同的湍流强度和变形镜单元数来重新确定校正阶数,而且能够充分利用变形镜的校正能力;3、建立了基于合作信标和WFSlessAO校正技术的激光大气传输仿真模型,对优化算法在闭环校正时的应用提出了改进措施,然后利用四维仿真平台对比分析了两种WFSless AO算法:SPGD算法和普适模型法在不同迭代频率和不同大气湍流条件下的收敛特性。结果表明,普适模型法作为一种确定性有模型优化算法,在提高WFSlessAO系统的闭环实时校正速度方面具有很大的优越性。4、利用SPGD算法和空间扩展非合作目标的回波信号开展了 WFSlessAO系统在准直激光大气传输中的自适应聚焦方面的应用研究,通过一个特殊设计的激光发射系统,文中成功建立了探测信号与目标表面上的光强分布之间的反馈回路,研究结果表明,该系统可以利用空间扩展非合作目标的回波信号来提高准直激光大气传输时目标表面上的能量集中度。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2018-05-02）
波前探测论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
自由空间激光通信系统以其传输速率高、保密性强、方向性强等许多明显优于射频无线通信系统的特点而得到广泛研究。对于星地激光通信和水平激光通信,在传输过程中激光信号会受到大气影响而产生能量衰减,同时发生波前畸变,降低激光通信性能。自适应光学技术可以实时补偿由大气湍流引起的光学波前畸变,进行高精度校正,从而恢复空间光通信系统的通信能力。目前激光通信自适应系统的设计依然是基于大口径望远镜成像光学的设计方法,以斯特列尔比来评价激光通信系统的接收能量和误码率,其仅考虑峰值能量。但是激光通信是通过计算整个靶面的能量积分来计算通信误码率,因此利用斯特列尔比法无法准确计算接收靶面的能量值,因而也无法准确预计通信误码率。因此,需要采用精确能量计算方法,来分析自适应校正对激光通信的影响,为激光通信自适应系统的设计提供理论依据。此外,由于大气湍流实时随机变化,尤其是水平通信链路,其湍流变化更加剧烈。这样会在通信过程中出现强湍流,导致哈特曼探测器无法探测波前像差,从而出现校正精度急剧下降,通信失败。为此,本论文主要针对目前自适应系统在激光通信中应用时存在的缺乏校正效果和通信性能之间的评价标准,以及强湍流波前无法探测的问题进行研究。针对强湍流下自适应系统无法探测波前的问题,本文提出无波前探测和哈特曼探测器相结合的混合探测方法,初始先利用无波前探测方法进行波前探测和校正,当像差进入哈特曼的探测范围时,切换到哈特曼探测器进行波前的高速和高精度探测,从而获得高精度波前校正,降低通信误码率。这样,既增大系统探测范围又不降低系统带宽。采用SPGD算法进行无波前探测的位相恢复,针对SPGD无波前恢复算法迭代次数多的问题,提出将Zernike像差替换变形镜电压作为扰动对象的优化算法,令算法迭代次数减少两个数量级。同时提出利用环形光强代替中心光强作为性能指标的方法,扩大了像差恢复范围,使得恢复范围增加31%。此外,提出利用哈特曼的标准光斑阵列和强湍流时的光斑阵列的相关度作为无波前探测和哈特曼探测之间的切换依据,模拟和实验结果显示,当相关度为0.81时,可以进行探测方式的切换。最后,在模拟分析的基础上,进行了实验室强湍流探测验证实验,结果表明:无波前恢复算法能够将耦合效率由0.012提高到0.35,误码率由10~(-1)降低到10~(-4);进入哈特曼探测后,耦合效率提升到0.55,误码率下降到10~(-6)。该结果证明混合波前探测方法能够有效解决强湍流下系统探测能力不足的问题,为强湍流激光通信自适应系统探测提供了一条技术途径。针对空间激光通信中缺乏自适应校正对通信性能影响的评价标准问题,本文根据桶中功率模型,推导了系统校正残差与耦合效率和通信误码率的定量关系表达式,并进行了模拟分析:对于10~(-9)的理想通信误码率,对于误码率小于10~(-6)的应用需求,要求校正残差的RMS值小于0.67弧度、系统3dB带宽应为格林伍德频率的1.6倍。同时进行了9公里水平湍流的自适应校正验证实验,实验结果与本论文推导的理论曲线几乎完全重合,耦合效率的平均偏差小于0.02,误码率的平均偏差小于0.1个数量级,证实了理论分析的有效性,为空间激光通信自适应系统的理论设计提供理论支撑。针对9公里水平跨海链路的激光通信自适应校正需求,完成空间激光通信自适应系统的设计和装调,提出基于光纤光源的望远镜光瞳成像方法,实现了望远镜出瞳位置和后截距的精确测量。针对探测支路的光轴无法确定问题,采用测微准直望远镜反向入射的方法。实现了光轴了精确标定。最后,开展了实验室和外场验证实验,结果表明:对于室内实验的静态像差,校正后波前RMS值2.01rad从减小到0.29rad,误码率从10~(-5)降低到10~(-7),减小了2个数量级;同时实现了格林伍德频率40Hz的大气湍流的实时校正,校正后,平均误码率从2×10~(-2)降低到3.7×10~(-7),减小了五个数量级;对于9公里跨海激光通信自适应校正实验,校正后波前残差RMS由4.68rad减小到0.71rad,耦合效率提高30%,误码率由6.7×10~(-3)减小到2.84×10~(-6),降低了叁个数量级。本文针对空间激光通信中存在强湍流波前探测问题和自适应校正系统设计中存在的评价标准问题,开展了一系列研究工作,有效解决了上述问题。本论文的研究成果为空间激光通信自适应系统的设计提供理论依据和技术支撑,其将大力推动自适应光学技术在空间激光通信中的应用,从而推进空间激光通信在军民领域的广泛应用。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
波前探测论文参考文献
[1].王娅雯.基于扩展目标的相关哈特曼波前探测方法研究[D].中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所).2019
[2].王蕊.水平激光通信自适应校正性能分析及波前探测方法研究[D].中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所).2019
[3].马良.基于模型的无波前探测自适应光学系统波前校正[D].中国矿业大学.2019
[4].赵旺,董理治,杨平,许冰,王帅.目标粗糙特性对主动照明信标波前探测的影响[J].中国激光.2019
[5].赵致远.PD法激光波前探测适应性问题的分析与消除[D].长春理工大学.2019
[6].马良,徐奇,吴阳,杨慧珍,杨海波.噪声情况下模型式无波前探测自适应光学系统扩展目标成像校正[J].中国激光.2019
[7].罗瑞耀,王红岩,宁禹,丁枫,万国新.基于阵列激光导星的自适应光学波前探测数值仿真[J].红外与激光工程.2018
[8].吴加丽.无波前探测的相干光通信系统实验研究[D].西安理工大学.2018
[9].刘超.激光导星高精度波前探测与重构方法研究[D].中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所).2018
[10].王志强.激光大气传输中无波前探测校正技术的数值仿真研究[D].中国科学技术大学.2018
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