无波前传感自适应光学波前像差校正算法及其应用研究

论文摘要

自适应光学技术对于由大气湍流引起的波前像差是一种有效的校正手段。传统自适应光学系统在某些应用环境会受到限制,因此基于并行优化算法的无波前传感自适应光学系统的研究日益壮大。迭代优化类算法对于波前像差校正颇为有效,但部分迭代优化算法存在对初始值敏感、易陷入局部极值以及迭代缓慢等缺点。本论文从无波前传感自适应光学系统的基本模型出发,比较几种波前像差拟合算法,确定了基于Zernike多项式法的波前拟合方案;研究了几种无波前传感自适应光学系统优化校正算法,探究了一系列参数特别是单阶及多阶随机像差作为初始相位对各算法校正效果的影响,并使用分别使用Sum-Square Error（SSE）和Strehl Ratio（SR）等多种评价函数评估两种算法校正能力,记录校正时间以评估算法性能,最终确定了一种基于改进遗传算法的无波前传感自适应光学系统解决方案。本论文基于Python平台与Deap/Geatpy两大算法框架完成了改进遗传算法的数值仿真与结果分析。在优化对象方面,算法将波前重构所需泽尼克多项式系数作为优化对象以取代传统的可变形镜驱动电压,大幅提高了收敛速度;在参数优化方面,本论文通过优化算子函数找到了一种最佳的算子组合,使算法在有限种群规模内仍具有强势的校正能力,SR优化至0.8以上的耗时缩短至2.3s左右,信噪比提升倍数达到1011倍;在流程优化方面,提出了基于多种群竞争进化的遗传算法的优化方案,使算法在极小的进化代数内都能完成优化。最后本论文设计了基于Python与C混合编程的自适应光学波前校正实验系统,进行了器件选型与系统搭建,完成了基于C的可变形镜与CCD相机的控制模块封装与基于Python的算法模块封装以实现了多平台交互,完成了改进遗传算法的实例化,最后进行了实验探究与结果分析。实验结果表明,本设计提出的改进型遗传算法收敛速度较快,系统校正后的光斑形状和光能量分布有明显的改善。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴雪婷

导师: 元秀华

关键词: 自适应光学,无波前传感,波前像差校正,改进遗传算法,多平台交互

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 华中科技大学

分类号: O43

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.000939

总页数: 75

文件大小: 3196K

下载量: 106

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标签：自适应光学论文;  无波前传感论文;  波前像差校正论文;  改进遗传算法论文;  多平台交互论文;