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图书分类 > 物理 > 光学 > 自适应光学随机并行优化控制技术及其应用
随着自适应光学应用领域的拓展，开发结构简单、成本低廉的自适应光学系统已成为当今亟待解决的问题。本书是一部关于无波前探测自适应光学技术及其应用的书籍，结合作者对基于随机并行梯度下降控制算法的无波前探测自适应光学系统的理论和应用等研究工作，对随机并行梯度下降算法的理论基础、基于随机并行梯度下降的自适应光学系统性能和应用进行了论述和探讨。全书共四篇，第一篇介绍自适应光学基础知识和随机并行梯度下降控制算法的理论基础；第二篇和第三篇分别从理论分析和实验角度介绍基于随机并行梯度下降的自适应光学系统基本性能及其优化方法；第四篇介绍几个典型领域的应用研究。
样章试读
目录
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前言
第一篇综述及基本理论介绍
第1章综述3
1.1自适应光学的基本概念3
1.2自适应光学发展概况4
1.2.1自适应光学理论发展概况4
1.2.2自适应光学技术应用6
1.2.3我国自适应光学技术的研究概况7
1.3无波前探测自适应光学技术发展概况8
1.3.1第一阶段：20世纪70～80年代8
1.3.2第二阶段：20世纪90年代后期至今9
1.4随机并行梯度下降控制技术发展和应用现状10
1.5本书主要内容11
参考文献11
第2章随机并行梯度下降算法基本理论18
2.1无波前探测自适应光学系统的特点与最优化方法18
2.2随机近似类算法：同时扰动随机近似算法20
2.3神经网络应用中随机误差下降算法22
2.4自适应光学系统中梯度下降类算法23
2.4.1顺序梯度下降算法24
2.4.2多元高频振动算法24
2.4.3随机并行梯度下降算法25
2.5SPGD算法收敛性分析26
2.6SPGD算法收敛速度分析27
2.7SPGD算法稳定性分析29
2.8本章小结31
参考文献31
第二篇基于SPGD控制算法的AO系统基本性能研究
第3章SPGD控制算法静态畸变校正仿真与分析35
3.1仿真模型介绍35
3.2静态波前畸变生成36
3.3目标函数分析模块38
3.4波前校正器38
3.5SPGD算法模块40
3.6仿真结果与分析40
3.6.1算法收敛性验证40
3.6.2对同一种畸变取不同扰动幅度和增益系数41
3.6.3固定增益和随机扰动幅度对不同程度畸变的适应情况42
3.6.4自适应增益43
3.7本章小结44
参考文献45
第4章几种随机并行优化算法在AO系统中应用的比较46
4.1基于随机并行优化算法的自适应光学系统仿真模型46
4.2随机并行优化算法介绍47
4.2.1随机并行梯度下降算法47
4.2.2遗传算法47
4.2.3模拟退火算法49
4.2.4模式提取算法51
4.3仿真结果52
4.3.1各算法参数的选取52
4.3.2收敛速度53
4.3.3校正效果54
4.3.4局部极值55
4.4讨论与分析56
4.5本章小结57
参考文献57
第5章32单元变形镜SPGD控制算法实验研究59
5.1实验装置59
5.2目标函数的选取61
5.3随机并行梯度下降算法61
5.4实验结果62
5.4.1实验参数选取62
5.4.2校正效果和收敛速度63
5.5讨论与分析65
5.6本章小结66
参考文献66
第6章基于SPGD算法的自适应光学带宽分析67
6.1SPGD算法收敛速度与校正器单元数的关系67
6.2收敛速度与校正器单元数关系的实验分析69
6.2.1实验系统与实验方案69
6.2.2实验结果与分析70
6.3基于SPGD算法的自适应光学校正带宽分析71
6.3.1高速自适应光学实验系统71
6.3.2动态波前校正实验结果与分析73
6.3.3闭环实验系统的校正带宽分析75
6.4本章小结77
参考文献77
第7章基于SPGD算法自适应光学系统中的目标函数79
7.1点目标成像无波前探测自适应光学的目标函数79
7.2像清晰度函数J1、平均半径J2和环围能量J3的特性分析81
7.2.1目标函数随波前残差RMS的变化趋势81
7.2.2目标函数扰动随波前残差RMS的变化趋势83
7.3三种目标函数的SPGD算法闭环仿真84
7.4本章小结86
参考文献86
第三篇基于SPGD控制算法的AO系统性能优化
第8章基于Zernike模式的AO系统优化89
8.1理论基础89
8.1.1控制系统结构优化89
8.1.2Zernike多项式和校正器影响函数的关系92
8.2仿真结果与分析93
8.2.132单元和61单元变形镜校正能力分析94
8.2.2低阶像差的模式优化和驱动器电压优化比较94
8.2.3高阶像差的模式优化和驱动器电压优化比较96
8.2.4高阶像差的模式和驱动器电压组合优化结果98
8.3本章小结99
参考文献99
第9章SPGD算法中随机扰动信号的统计优化101
9.1随机扰动信号对SPGD算法收敛速度的影响101
9.2基于Zernike模式的随机扰动信号优化102
9.2.1和的统计相关性102
9.2.2Zernike模式法优化随机扰动电压103
9.3Zernike模式优化随机扰动电压闭环仿真105
9.3.1闭环仿真模型105
9.3.2单阶Zernike像差的校正105
9.3.3大气湍流波前畸变校正107
9.4波前校正器的合理选择111
9.5本章小结113
参考文献113
第10章Zernike模式法实现DM和TM的解耦控制114
10.1耦合问题114
10.2耦合分析116
10.3解耦控制117
10.4本章小结119
参考文献119
第11章分段随机扰动用于SPGD算法优化120
11.1分段随机扰动幅值的SPGD算法实现120
11.2结果与分析121
11.2.1弱湍流时畸变波前校正分析121
11.2.2弱湍流时最佳初始随机扰动幅值选取分析123
11.2.3中等、强湍流时大气湍流畸变波前校正分析123
11.3本章小结125
参考文献125
第12章基于Hadamard模式的SPGD算法优化127
12.1H_GD算法127
12.2数值仿真129
12.3本章小结131
参考文献132
第四篇基于SPGD控制算法的AO系统应用
第13章扩展目标成像校正135
13.1背景介绍135
13.1.1应用背景135
13.1.2扩展目标成像模型136
13.2成像清晰度函数137
13.3高分辨率成像AO系统模型139
13.4高分辨率成像仿真结果140
13.4.1灰度方差函数作为图像质量标准140
13.4.2灰度梯度模平方和作为图像质量指标143
13.4.3拉普拉斯函数作为图像质量指标144
13.4.4频率评价函数作为图像质量指标146
13.4.5成像结果比较146
13.4.6校正能力分析148
13.5本章小结150
参考文献150
第14章成像噪声对扩展目标成像校正效果的影响152
14.1仿真模型152
14.2结果与分析153
14.2.1噪声与目标函数之间关系153
14.2.2噪声对校正效果的影响154
14.3结论156
14.4本章小结157
参考文献157
第15章焦斑形态控制158
15.1背景介绍158
15.2焦斑整形仿真模型159
15.3焦斑整形结果与分析160
15.4本章小结163
参考文献163
第16章激光器光束净化164
16.1基于SPGD算法的激光光束净化自适应光学系统164
16.2光束净化数据及分析165
16.3本章小结166
第17章光纤激光相干合成系统仿真167
17.1新型光纤自适应光学校正器简介167
17.1.1压电式光纤相位调制器167
17.1.2自适应光纤准直器168
17.2一种基于SPGD算法的光纤激光相干合成系统模型169
17.2.1特殊的畸变波前169
17.2.2基于总体目标函数和局部目标函数的相干合成模型170
17.2.3SPGD算法平台172
17.3仿真结果与分析173
17.3.1SPGD算法增益系数分析173
17.3.2锁相与倾斜校正的关系174
17.4与Vorontsov相干合成模型的比较176
17.5本章小结177
参考文献177
第18章倾斜像差对光纤激光相干合成的影响与模拟校正179
18.1倾斜像差影响分析179
18.1.1模型介绍179
18.1.2模型选取180
18.1.3影响分析182
18.2系统与算法控制184
18.2.1系统结构184
18.2.2SPGD控制算法185
18.3控制特性仿真研究185
18.3.1静态平移、倾斜像差模拟校正186
18.3.2动态倾斜像差模拟校正186
18.4本章小结189
参考文献189
第19章基于倾斜控制的光纤激光相干合成实验190
19.1基于自适应PIB评价函数的光纤放大器相干合成实验190
19.1.1研究方案191
19.1.2基于自适应PIB评价函数的倾斜控制191
19.1.3相干合成195
19.2基于远场发散角评价函数的光纤放大器相干合成实验196
19.2.1实验平台197
19.2.2SPGD算法控制过程197
19.2.3远场发散角评价函数198
19.2.4基于远场发散角的倾斜控制198
19.2.5相干合成实验结果200
19.3本章小结203
参考文献204
第20章基于目标在回路的光纤激光相干合成实验205
20.1基于目标在回路的相干合成原理206
20.2实验系统208
20.2.1实验平台208
20.2.2控制策略208
20.3实验结果210
20.3.1相干合成210
20.3.2光束控制213
20.4本章小结215
参考文献215
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