一、自适应光学技术应用于激光测月中大气波前倾斜量的探测与计算（论文文献综述）
武轶凡[1]（2021）在《无线光相干通信中波前畸变的预测控制与实验研究》文中研究表明轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）的多路复用通信可以增大信道传输容量,但是由于受大气信道的影响,传输过程中会破坏OAM模式之间的正交性,进而产生串扰。和传统的无线光通信一样,多输入多输出（Multi-Input Multi-Output,MIMO）均衡方法可被用来降低OAM复用通信系统的模式间串扰以及码间干扰。本文针对应用于OAM复用通信系统的传统盲均衡算法不能同时恢复多路信号的情况,采用结合盲源分离的盲均衡算法来同时抑制多路串扰。主要工作如下:1、介绍了采用基于互相关函数（Cross Correlation,CC）的盲均衡算法,对在大气信道传输下OAM复用通信系统产生的串扰进行抑制,进而提高通信系统的性能。通过数值仿真对比分析了在此算法作用下,输出信号的星座图恢复,系统平均误码率以及算法收敛速度的情况。2、基于多用户峰度（Multiuser Kurtosis,MUK）最大化算法属于盲源分离算法的一种,其在单独作用于OAM复用通信系统也可以达到信源分离的作用,进而降低通信系统的串扰。通过仿真对比分析了其与恒模算法（Constant Modulus Algorithm,CMA）的均衡效果。3、介绍了将 MUK 算法与多模盲均衡算法（Modified Constant Modulus Algorithm,MCMA）相结合的基于高阶统计量的盲均衡算法,并将其应用于OAM复用通信系统,仿真分析了其抑制串扰的性能。研究结果表明:CC-MCMA算法与MUK-MCMA算法均可同时恢复多路传输信号,且后者对输出信号星座图的恢复效果较好于前者。对比分析了 MUK-MCMA算法、CC-MCMA算法、CMA算法以及MUK算法对系统平均误码率的降低情况以及收敛速度,结果表明MUK-MCMA算法的均衡效果都优于其它算法。在一定信噪比情况下,MUK-MCMA算法在降低误码率方面比CC-MCMA算法改善了一个数量级,且其收敛速度更快。
刘永凯[2]（2021）在《大气湍流对单模光纤耦合效率影响的理论分析与实验研究》文中进行了进一步梳理激光通信技术是一种以激光为载波的通信方式,是航空航天及国防军工领域的关键通信技术,并正逐步融入民用领域。在大气环境中应用激光通信技术时,受大气湍流干扰,接收端空间光信号到单模光纤的耦合效率及稳定性显着下降,严重影响了通信质量。高效、稳定的光纤耦合效率是实现高速大气激光通信的前提和保障,空间光到单模光纤耦合效率问题已成为制约大气激光通信技术亟待解决的技术瓶颈。自适应光学技术是目前解决大气湍流对光信号干扰,提高耦合效率的最佳方法。由于自适应光学技术最初目的是解决天文观测中大气湍流对成像质量的影响问题,因此传统的自适应光学系统大多是针对成像需求进行设计的,专门针对激光通信系统需求的设计及研究相对较少。基于上述背景,为研究大气湍流对激光通信系统中单模光纤耦合效率的影响机理,探索抑制大气湍流对耦合效率的影响方法。本文针对激光通信链路,分析了大气湍流空间频率与时间频率特性对耦合效率的影响,以耦合效率为依据分析了激光通信系统对自适应光学系统校正能力的需求,给出了自适应光学系统校正残差裕度、模式数目及系统带宽的分析与设计方法,并通过实验验证了自适应光学系统对耦合效率及通信质量的优化作用。本文主要进行了以下工作:1.基于经典理论分析了大气湍流的成因与折射率起伏效应,对比了几种经典的大气湍流模型,以HV模型为基础,分析了典型激光通信波段下大气湍流的特点。2.推导了可快速计算像差空间模式对耦合效率影响的数学模型,分析了光学系统参数对耦合效率的影响,以Noll泽尼克序列为基础,分类讨论了不同类型的像差模式对耦合效率的影响,针对特定耦合效率阈值分析了自适应光学系统倾斜和高阶校正残差的裕度范围。通过实验验证了像差模式对耦合效率影响的分析结果。3.分析了波前整体倾斜像差对耦合效率的影响,针对激光通信系统需求对整体倾斜校正系统的器件特性及校正带宽进行了研究。建立实验环境,验证了不同泰勒频率的模拟湍流扰动下,整体倾斜校正系统的校正能力。实验结果显示,对于系统静态噪声闭环后G倾斜STD值小于0.3μrad,在动态模拟湍流,最大抑制比超过-30d B。4.分析了高阶像差校正系统关键参数及系统带宽对耦合效率的影响,给出了校正系统规模、校正像差数目及系统带宽与耦合效率的关系,建立了激光通信自适应光学实验系统,在不同强度的模拟湍流下验证了校正系统对耦合效率的优化作用。在格林伍德频率为120Hz的模拟湍流扰动下,实现了平均耦合效率40.83%,光功率抖动0.48d Bm。在模拟湍流信道中进行了激光通信实验,实现了统计时间内的100%帧同步,无交织编码情况下平均误码率达到4.6*10E-5。本文的上述研究内容,能够为以单模光纤耦合效率为评价依据的激光通信自适应光学系统的研究与设计工作提供关键理论依据与技术支撑,为深入研究激光通信自适应光学技术提供重要参考。
孙文强[3]（2021）在《自适应光学在双光子光片荧光显微镜中的应用研究》文中研究表明生物荧光显微镜采用荧光标记技术对生物体进行特异性结构和功能成像,是目前广泛使用的生物成像研究工具。其中光片荧光显微镜在对活体生物长时间高速成像方面具有独特的优势。光片显微镜采用照明和成像正交的光路结构,可以对生物样本进行快速片层面照明成像。与传统荧光显微镜相比,成像速度快且没有非焦面荧光成像干扰和光漂白问题。新型双光子光片显微镜进一步地发展了光片显微镜的优势,采用受生物体散射影响小的近红外波段飞秒脉冲光照明,利用扫描器件快速扫描形成的双光子虚拟光片,可以实现对生物深处大视场光片照明成像。但当前先进双光子光片显微镜的高分辨率（1μm）光片照明深度局限在170μm×170μm。这是因为活体生物组织是折射率不均匀的光学介质,双光子照明光在传播到生物组织深处的过程中会受到生物像差的影响,使得双光子照明聚焦光点严重弥散,能量集中度下降,光片厚度显着增加,严重时甚至无法激发荧光成像。针对上述问题,为消除生物像差的影响,本论文将直接波前探测自适应光学技术应用于双光子光片显微镜照明光路中,开展以下研究工作:针对自适应波前校正和双光子光片显微镜有机结合的问题,根据双光子光片显微镜的扫描特点和生物像差空间等晕区分布特性,提出一种双光子光片和自适应光学分等晕区波前校正成像的结合方法:将双光子光片扫描过程分解为局域扫描和全域扫描两个阶段。其中局域扫描阶段控制在等晕区范围内,以保证正确的波前校正;全域扫描阶段则解决跨等晕区的视场衔接问题,获得大视场下的校正与成像。通过利用高速扫描器件声光梯度可调变焦透镜（Tunable Acoustic Gradient lens,TAG）和倾斜镜扫描双光子焦点实现局域性的等晕区扫描,利用液晶空间光调制器（Liquid Crystal On Silicon,LCOS）校正此等晕区内的生物像差,并轴向变焦完成不同等晕区的全域扫描校正拼接,在保持薄的高分辨率光片情况下,拼接扫描各等晕区为高分辨率大视场光片;同时提出利用连续可调扩束器,改变入射光束在显微物镜后瞳面处的光束口径,实现了可与自适应波前校正相结合,0.6μm～1.2μm厚度可调的300μm×300μm高分辨拼接大视场光片显微镜。针对双光子光片显微镜照明方向生物深处弱荧光信号难以实现波前探测的问题,提出在双光子光片显微镜照明光路中进行生物像差探测时,利用连续可调扩束器调小显微物镜使用数值孔径（Numerical Aperture,NA）,得到受生物像差影响小的双光子激发焦点,将其作为荧光导星与等晕区解扫描技术相结合,实现同一等晕区内荧光探测信号增强的波前探测方法。为充分利用有限的荧光信号,选择使用开环光路结构和高增益的哈特曼EMCCD相机,并改进质心探测算法为相关探测算法提高应对弱荧光低信噪比下的哈特曼探测能力。在实现全域内不同等晕区的波前探测时,发现使用现有光路结构中的LCOS变焦完成不同等晕区的像差探测时,会使哈特曼探测器中探测到离焦像差,影响哈特曼探测器的探测能力。故提出在激发光路和像差探测光路的共光路部分引入消色差变焦透镜,消除变焦轴向移动探测不同等晕区生物像差时对哈特曼探测能力的影响,实现光片视场扩展下可同时进行波前探测和波前校正。为实现自适应波前校正和波前探测的有机配合,根据生物像差随时间分钟甚至小时级缓慢变化的特点,提出逐等晕区像差探测,保存全部像差后再进行全域内一次性对应各等晕区的波前校正扫描成像的方案。由于生物浅层处像差对于双光子光片影响较小,随着照明深度逐渐增加,像差对双光子光片具有显着影响,且深层处的等晕区大小一般在30～60μm,故对上述300μm×300μm大小的双光子光片实行浅层150μm×300μm不校正生物像差,后150μm×300μm深处由浅及深按照60μm×60μm,60μm×60μm和30μm×30μm的等晕区划分,并给出此21个扫描区域的波前探测和波前校正的扫描实现策略,最终完成单层300μm×300μm大小双光子光片的扫描校正时间为100ms,在完成自适应校正生物像差的同时保持系统快速面成像的优势。结合以上研究,理论分析和计算了自适应双光子光片显微镜系统的设计参数;完成了系统的光学设计,机械设计和控制设计;搭建了自适应双光子光片显微镜系统,并利用荧光微珠,若丹明荧光染料溶液测试了系统的分辨率,扫描视场和自适应波前探测和校正的有效性;最终对DAPI染色受精后48小时的斑马鱼胚胎进行了生物像差自适应校正成像,校正前后成像细节和成像对比度显着提高,实现了直接波前探测自适应光学在双光子光片显微镜照明光路中的有效应用。以上研究工作使得自适应双光子光片显微镜在活体生物组织中实现高分辨大视场快速成像观察成为可能,同时为自适应光学在三光子光片乃至四光子光片显微中的应用提供参考。
郭弘扬[4]（2021）在《基于液晶校正的空间光耦合技术研究》文中研究说明自由空间激光通信技术采用激光作为载体进行远距离的信息传输。激光传输速率高且发散角小,相比传统的通信方式具有高速、大容量及高保密性等优势。随着空间激光通信范围的扩展,对高灵敏度、高传输率以及高稳定性接收终端的需求愈发强烈,使得单模光纤耦合技术应运而生。通常情况下单模光纤的纤芯半径仅为微米量级,所以精确的光束位置对准与良好的入射光斑形态是保证高效耦合的关键。激光信号在空间传输过程中,大气效应、热效应、平台振动等因素会使得激光出现光强闪烁、形态破碎和相位起伏等现象,导致通信终端的光纤耦合效率降低、误码率上升,严重影响通信系统性能。为了抑制大气效应对空间激光通信链路的影响,本文开展液晶空间光调制器对破碎光斑形态的校正技术研究。与传统的机械式校正器件相比,液晶空间光调制器具有驱动单元多,无需机械运动以及响应稳定等优点。目前,液晶校正技术在天文观测领域得到了一定应用,但是在需要保持长期高效、稳定通信的空间激光通信领域还处于起步阶段。本论文结合空间激光耦合技术的需求,对液晶校正技术开展具体研究:首先,进行空间激光耦合理论分析。根据大气湍流物理结构的时间与空间描述,分析大气扰动对通信系统性能的影响,对其相位模拟进行理论仿真。根据耦合效率定义与光场分布建立单模光纤耦合模型,分析光束位置偏移以及相位畸变对耦合效率的影响。理论分析表明,高分辨率、高效率的校正器件与高精度的探测算法是保证校正耦合系统性能的关键。液晶空间光调制器性能优化。作为空间激光系统的关键性器件,液晶的相位调制特性与响应速度等性能直接影响校正与耦合的效果。根据夫琅禾费衍射光栅模型,建立调制相位与控制信号之间的联系;根据连续弹性体理论分析液晶分子的弛豫特性对器件响应速度的影响,最后采用过压驱动方法提高液晶的响应速度。仿真与实验证明,过驱动方法在器件硬件底层受到限制的情况下,有效的缩短了液晶的响应时间,为液晶校正工作提供了有利的实验条件。高精度神经网络探测算法。对于液晶校正系统,像差探测与波前重构方法是系统的核心问题。神经网络含有充足的计算单元,可以通过学习远场畸变光斑实现相位复原。神经网络相位检索模型采用光强探测器件采集畸变光斑,探测稳定,且在强湍流畸变的条件下仍具有一定的应用前景。本文结合液晶空间光调制器灰度波面的控制方式,提出了一种新型反卷积神经网络模型。该模型实现输入畸变光斑图像、输出相位波面的功能,完整保留了高阶像差信息;并且直接输出控制波面,节省计算时间,有效的提高了探测精度及算法执行效率。液晶校正系统性能提升。本文校正系统中,液晶器件的时间延时导致其加载的校正波面与当前时刻的实际畸变相位不符,最终导致系统出现校正残差。根据大气湍流冻结假设,在一定的时间尺度内望远镜接收处大气湍流的运动具有一定的时间联系。因此可以通过图像预测算法对连续采样帧之间的运动矢量进行估计。本文采用自适应根模式搜索运动估计算法对反卷积神经网络探测得到的灰度信息进行估计与预测。仿真及实验证明,该方法对于不同的大气条件都具有一定的预测补偿效果,有效的提高了液晶系统的实时校正性能。为验证本文提出的方法,搭建了基于液晶校正的空间光耦合实验系统,采用反卷积神经网络模型对波前相位进行复原,由液晶空间光调制器进行相位补偿。对于均方根误差为0.67λ（λ=850nm）的静态波前像差,神经网络平均探测均方根误差为0.1107λ。但是,受限于目前校正系统的执行速度,系统带宽仅为1Hz。在系统带宽范围内,结合自适应根模式搜索算法,校正后终端平均耦合效率实现优于6d B的提升。总结来说,本文采用的液晶校正空间光耦合系统在静态与准动态相位畸变条件下优势明显。本论文针对自由空间激光通信系统所面临的大气湍流扰动问题展开研究工作,对基于液晶的校正技术进行了系统的阐述。通过提升液晶器件性能、设计新型人工神经网络探测模型以及估计预测湍流相位,在静态与准动态的大气湍流条件下明显的提高了空间激光通信的耦合性能。本论文的研究结果为液晶校正技术在空间激光通信中的应用提供了理论基础和新型技术支撑,有效地推动了实用化进程。虽然目前系统带宽还不能满足空间激光通信需求,但随着液晶器件与硬件设备的进一步发展,液晶校正技术在空间激光通信领域拥有着巨大的应用前景。
李自强[5]（2021）在《基于深度学习的自适应光学波前传感技术》文中研究指明自适应光学系统能够校正大气湍流带来的波前畸变以及各种生物组织中的折射率不均匀引起的成像模糊,因此广泛应用于天文观测、自由空间光通信和生物医学等领域。波前传感器作为自适应光学系统的重要组成部分,为自适应光学系统中的波前控制和波前校正提供了畸变波前的相位信息,因此不仅决定了系统的校正精度,很大程度上还影响着系统的稳定性。其中夏克-哈特曼波前传感器和基于干涉原理的波前传感器是自适应光学系统中最为常用的两种波前传感器,也同时广泛应用于光学测量和光束质量诊断等领域中,具有十分重要的研究价值。与此同时,以人工神经网络为核心的深度学习技术在近年来突飞猛进,成为人工智能领域最为成功和最有潜力的技术之一。正所谓“人工智能就是新电力”,深度学习技术就像第二次工业革命中的电力那样,正迅速在各个科学及工业领域普及和应用。深度学习技术和自适应光学的波前探测、波前控制等环节的结合也正被广泛和深入地研究,具有广阔的发展潜力。本文围绕使用深度学习技术对夏克-哈特曼波前传感器以及基于干涉原理的波前传感器进行算法和结构上的改进,以期实现稳定性和探测精度的提升。全文的主要内容可以分为四个部分:首先,介绍了自适应光学系统的基本原理,以及常用的波前传感器。详细分析了夏克-哈特曼波前传感器的组成结构和算法原理,指出夏克-哈特曼波前传感器在极端环境下存在鲁棒性不足的问题,以及在高精度测量环境下存在对高频信息探测精度不足的问题。详细分析了干涉法中的相位提取算法,发现现有的移相干涉算法存在需要的干涉图数量过多以及对移相器精度依赖严重的问题。然后概述了深度学习中的常用技术,并详细梳理了深度学习在自适应光学波前探测以及波前控制中的应用现状。从已有的研究中可以发现,将深度学习技术引入波前传感具有很高的技术可行性,但同时也存在不少问题,有巨大的改进空间。第二部分,首先建立了低信噪比以及干扰光环境下的子孔径高斯光斑模型,并分析了各类改进重心法在极端环境下的局限性。为了解决夏克-哈特曼波前传感器在极端环境下质心探测失效而导致闭环紊乱的问题,提出了基于逻辑回归的变形镜闭环稳定性分类方法,能在自适应光学系统闭环异常的时候及时开环,避免系统设备遭受损失。为了进一步使自适应光学系统能够在极端环境下继续工作,详细分析了各类改进重心法的神经网络计算图表示形式,发现所有的改进重心法都是全连接单隐层神经网络的特例,因此提出了能找出子光斑质心所在像素点的分类神经网络SHNN,并仿真生成包含6万个数据的训练集对网络进行训练。训练完成后,对SHNN和传统算法在仿真和实际实验中进行了对比,实验结果发现,最优的SHNN复原相位的残差的均方根误差要比传统的阈值法复原相位的残差的均方根误差小近一个数量级。第三部分,详细介绍了四种只使用两幅干涉图并且不需要准确知道相移步长的双帧干涉测量算法,随后概述了计算机视觉领域的有力工具U-Net的发展历程,并借鉴和改造了原始U-Net,构造了能从两幅干涉图恢复包裹相位的神经网络Phase U-Net。仔细选择参数生成仿真数据集,并对Phase U-Net进行了训练。随后对训练完成的Phase U-Net的性能进行了详细的仿真分析,并探讨了神经网络计算包裹相位的原理和有效性。通过与四种传统算法的实验对比,证明了Phase U-Net算法的精度优势。第四部分,为了提高夏克-哈特曼波前传感器对相位中高频信息的探测能力,提出了融合相位反演技术的离焦面高分辨率哈特曼波前传感器。充分利用子孔径的光斑形态信息,从而获取相位分布信息,一直是众多研究人员努力的方向。然而如何从一幅光强图获得子孔径相位信息,以及如何将子孔径相位信息和传感器的斜率信息进行融合一直是提升夏克-哈特曼波前传感器精度的两个难点。本文首先利用线性相位反演技术,仅需一幅离焦面哈特曼传感器的光强图,就能在小像差的前提下恢复出每个子孔径中的相位,然后构造神经网络LPR U-Net对线性相位反演的结果和模式法复原的相位进行融合。仿真表明,该方法对相位中高频信息的探测精度要优于经典夏克-哈特曼传感器的探测精度。本文针对不同应用环境下对波前传感器的具体需求,重点开展基于深度学习的自适应光学波前传感技术的算法研究和实验验证,为进一步推动深度学习技术与自适应光学系统的深度融合打下了基础。
姜凤义[6]（2021）在《面向拼接镜共相误差检测的差分光学传递函数去卷积研究》文中提出增大望远镜口径是提高望远镜集光能力与角分辨率最直接的手段,但随着口径的增大,传统单体式望远镜在主镜加工、结构支撑以及运输发射等方面面临很大挑战。采用拼接式主镜结构为解决这些问题的有效途径,并已成为大口径天文望远镜的发展趋势。然而,拼接式主镜结构却大大提高了系统在装调、维护等方面的难度。有研究指出,为使拼接式主镜望远镜达到等同口径单体式主镜相同的成像质量,需保证子镜间纳米级的相对位置精度。高精度的共相误差检测技术是对望远镜各子镜实施主动校正、保障望远镜成像质量的前提与关键。差分光学传递函数（dOTF）是一种基于焦面图像信息的解析镜面波前检测方法,其计算简单,可以一次测出整个光瞳的面形误差,尤其适用于大口径拼接式空间望远镜的子镜间共相误差检测,能够避免传统共相误差检测方法由于被测子镜个数多而可能导致的检测效率低、可靠性差等问题。然而,当前dOTF检测方法存在光瞳修改区域卷积模糊效应导致的拼接镜共相误差检测精度低的原理性问题。本文针对该问题进行深入探索,围绕提高dOTF在拼接镜共相误差检测中的精度与实用性展开研究,主要研究工作如下:针对dOTF固有修改区域卷积模糊效应对拼接镜共相误差检测的影响,本文提出了一种单次dOTF迭代去卷积方法,其根据遮拦某块边缘子镜引入光瞳修改的先验知识,通过检测结果对光瞳修改量进行重复的迭代估计,进而在频域实现精度逐渐提高的迭代去卷积。并且根据图像噪声大小加入合适的抑噪因子,抑制去卷积时零频信号附近噪声放大的影响。算法能在几次迭代内得到较好的结果,一定程度上提高了dOTF对拼接镜共相误差的检测精度。针对上述单次dOTF迭代去卷积方法在迭代精度方面的限制,本文提出了一种两次dOTF交叉迭代去卷积方法,其使用光瞳修改位置各异的两个dOTF,通过交叉迭代估计的方式分别估计另一个dOTF所需且受卷积影响较小的光瞳修改量,进而使用对应的光瞳修改量实现去卷积。在此基础上分析了系统存在整体性连续像差时的共相误差检测能力。相比于单次dOTF迭代去卷积方法,改进的算法提高了检测精度以及检测的可靠性。针对所提出的去卷积方法仅适用于遮拦引入光瞳修改的限制,推导了任意光瞳修改方式（遮拦、倾斜及轴向平移边缘子镜）的去卷积一般形式,揭示了光瞳修改量与修改区域原始光瞳之间的对应关系,分别仿真验证了轴向平移边缘子镜以及倾斜边缘子镜引入光瞳修改的dOTF去卷积,并且分析了光瞳修改量大小与检测精度之间的关系。另外,针对光学传递函数（OTF）相邻数据异号导致反正切函数求解相位时检测范围只有[-0.5π,0.5π]的限制,通过相位解缠算法提高dOTF检测范围至[-π,π],并且只考虑子镜倾斜误差时,使用相位解缠算法将dOTF对子镜倾斜误差的检测范围至少提高至5个波长。最后设计了具体可行的实验方案,在分析了可能影响实验结果的因素后,通过圆形单透镜分别验证了基于遮拦引入光瞳修改的dOTF与两种去卷积算法的可行性与有效性。
杨欣欣[7]（2021）在《激光主动照明成像质量提升研究》文中进行了进一步梳理激光主动照明成像利用激光高亮度、高方向性、高单色性、相干性好等特点,可以克服被动成像的局限,实现对远距离、暗弱目标的照明,极大提高了光电成像系统的探测与识别能力。但是激光在大气信道中传输时,折射率随机起伏会破坏激光的相干性,导致光束漂移、光强起伏、波前畸变以及光束扩展等湍流现象,严重影响了光电成像系统的探测性能。本文主要研究了大气湍流对激光主动照明成像系统性能的影响,提出采用多光束多波长照明和事后图像处理两种方法来减小湍流起伏对主动成像系统的影响。工作主要包括以下几个方面:1、首先,我们研究了大气衰减效应和湍流效应对激光束传输的影响机理。以Rytov微扰近似理论为基础,给出了Kolmogorov谱弱湍流传输条件下照明光场大气相干长度与光场强度均值、闪烁指数的关系,分析了照明光场的湍流效应。2、基于弱起伏传输条件下照明光场的统计结果,从提升照明光场强度均匀性来提高主动成像系统性能的角度出发,分别提出了多光束照明多波长、多波长照明以及多光束多波长照明的方法抑制光学湍流闪烁,并对上述几种方法的有效性进行了理论验证。3、在理论验证完成的基础上,我们建立了基于MATLAB平台的主动照明成像仿真系统。利用Kolmogorov谱模型结合功率反演法,实现了对弱湍流大气的数值模拟。结合自由空间光传输和分步相位屏方法,建立了从发射光场到目标光场、经反射后再经大气传输至接收机的回波光场数值仿真模型。基于该主动照明仿真模型,我们进行了:（1）多光束发射湍流抑制仿真研究,（2）多波长发射湍流抑制仿真研究,（3）多光束多波长照明湍流抑制仿真研究。仿真结果与理论分析相吻合,验证了多光束多波长发射对于照明光场强度闪烁抑制的有效性。4、进行了主动照明实验室内与外场试验研究。在室内搭建了双光束多波长照明实验平台,基于该实验平台完成了:（1）单光束照明湍流现象实验研究,（2）2光束发射湍流抑制实验研究;（3）多波长照明湍流抑制实验研究;（4）两光束多波长湍流抑制实验研究。实验结果与仿真计算和理论分析相吻合,证明了多光束多波长发射对照明光场闪烁抑制的有效性。进行了主动照明外场试验,通过对主动照明条件下观测目标回波数据的测量,验证了主动照明技术对远距离目标回波强度提升的有效性。5、针对主动照明成像应用场景中,对暗弱目标成像时接收端采集的目标图样受到下行湍流的扰动以及探测器光子噪声影响的问题,我们提出了改进的空间调制相位差法。首先介绍了改进的空间调制相位差法的基本原理,并通过数值仿真和实验验证了该方法在波前探测和图像重建方面的卓越性能。
张丹玉[8]（2020）在《自适应光学波前畸变控制及实验研究》文中研究指明自由空间相干光通信具有高传输速度、抗电磁干扰能力强等优点,逐渐成为无线通信领域的研究热点之一。由于大气湍流随机扰动,光信号会产生光束漂移,相位起伏等现象,导致光通信质量严重降低。因此,自适应光学技术作为抑制大气湍流影响最有效的方法被引入其中。而自适应光学技术当中,控制算法作为核心,其性能优劣直接决定了系统波前畸变的校正效果。本文研究了自适应光学系统中比例积分（Proportional Integral,PI）算法和迭代算法的校正特性,并对PI算法进行优化,主要工作如下:1、根据Zernike多项式仿真经大气湍流扰动产生相位畸变的波前,并依次采用高斯赛德尔迭代算法、重复学习迭代算法及基于直接斜率法的PI控制算法对模拟波前进行校正以分析参数影响。同时分析上述三种算法运算量,讨论迭代算法及PI算法的校正特性。2、针对PI算法进行改进,形成双重模糊自适应比例积分微分（Proportional Integral Differential,PID）控制算法。双重模糊自适应PID算法通过引入权重因子及阈值判断模块,使得该算法在完成控制参数自整定的同时灵活调控算法运算量,提高算法性能。同时通过仿真对模糊自适应PID控制算法中各种参数的影响进行了分析。3、设计实验平台进行波前校正实验,以波前峰谷值、波前均方根值为评价指标,通过大量实验验证了迭代算法及基于直接斜率法的PID类算法有效性,并对算法中各个参数的影响进行了分析讨论。同时针对双重模糊自适应PID算法搭建外场实验平台,验证该算法对波前畸变的校正能力及参数影响。本文通过实验验证了迭代算法和PID类算法均可有效校正波前畸变,但两者的校正特性有所区别。迭代算法由于迭代公式构造原理的多样性,可为自适应光学系统校正畸变波前提供更多校正思路。但是,此类算法在收敛性、参数整定等方面存在一定问题。相比之下,PI算法由于原理简单,校正效果优良等优势,更适合进行波前修正。而优化后的双重模糊自适应PID算法则通过加入模糊控制、权重因子、阈值判断等提升其性能。实验结果表明双重模糊自适应PID算法可在保证系统校正效果的前提下增加算法对外界环境的自适应力,且其运算量可根据实际需求进行调控。
罗琳[9]（2020）在《大气激光通信系统主动自适应光学关键技术研究》文中提出目前,大气激光通信技术面临的最紧要问题就是大气信道中湍流对光信号的影响。近几年来,将自适应光学技术加入到激光通信系统中用以改善大气湍流扰动的方法逐渐成为人们的研究热点。本文主要对大气湍流在激光通信系统中的影响机制及自适应光学对系统的改善作用进行了相关研究。主要工作内容如下:首先,从基本特征、模型和特征参数三个方面整体介绍了大气湍流效应,总结了含有自适应光学系统参数的激光通信系统耦合效率公式,分析了不同湍流强度下,耦合效率与Zernike拟合阶数、自适应光学校正带宽参数f G/f3d B的关系。然后,简述了大气激光通信自适应光学系统的组成,从波前的Zernike多项式表示、S-H传感器和变形镜的工作原理、波前校正算法几个方面研究了自适应光学的技术原理,并分析了自适应光学系统性能指标的选取。其次,本文将两种自适应光学波前校正算法进行组合,设计了一种组合校正算法,用数值仿真的方法对该算法合理性进行了验证,并在不同湍流强度和拟合精度两种情况下进一步分析了该算法的性能。结果证明,组合校正算法比单独使用两种算法时的校正效果更好,校正速度更快。最后,研究了一种基于二元光强调制的无波前自适应光学技术,通过对基于Walsh函数的重构波前进行相位解缠绕和平滑处理,验证了该技术可以满足较高的波前重构精度,根据波前样本在不同湍流强度下校正的仿真结果分析,证明了该技术对强湍流具有较高的适应性,具备大气激光通信系统在强湍流环境下的的应用潜质。
牛超君[10]（2019）在《阵列光束在湍流中的传输及合成光束自适应优化整形》文中提出激光在大气/海洋中传输时会受到湍流的影响,产生展宽、漂移、闪烁等一系列的湍流效应,限制了激光在自由空间光通信、激光雷达等方面的应用。阵列光束可以有效提高激光的输出功率,不同的合成方式（相干/非相干）在湍流介质中具有不同的传输特性,各自适用于不同的应用场景。本文采用理论推导、数值仿真的方法,详细研究了相干/非相干合成高斯阵列光束在海洋湍流中的光束扩展、光束漂移和光强闪烁特性。基于已有的光纤阵列相干合成系统,提出了基于随机并行梯度下降算法（SPGD算法）控制合成光束优化整形的方法,通过数值仿真分析验证了其有效性,该方法为无人机无线远程充电技术提供了理论支持。本文具体研究内容包括:1.基于广义Huygens-Fresnel原理和Rytov方法,推导了径向分布相干/非相干合成高斯阵列光束在海洋湍流中传输时的长曝光光斑半径、质心漂移标准差及弱起伏条件下的轴上光强闪烁系数理论表达式。针对激光束海洋湍流传输的质心漂移标准差理论表达式给出了普适的近似表达式,极大简化了工程应用中对于漂移特性的估算。在此基础上,通过数值计算对比分析了不同光源参数（径向半径,子光束束宽）、不同海洋湍流强度参数（动能耗散率、温度方差耗散率、温度梯度与盐度梯度比值）及不同传输距离对传输特性的影响。结果表明非相干合成相比相干合成在同样的湍流条件下更易发生光束扩展的现象,但受到湍流的光束漂移和光强闪烁效应影响较弱。随着传输距离的增加,海洋湍流的增强（温度耗散率较大、动能耗散率较小、湍流趋于盐度主导）,相干/非相干合成的光束扩展、光束漂移和光强闪烁现象均会加重。2.引入时域特性相位屏的生成方法,包括基于相位相关性插值的无限长相位屏法和引入频率时间分量的自回归法,分别应用于运动目标的相对运动模拟和湍流中的长曝光图像获取。结合相位屏法在大气湍流数值仿真计算中的应用,给出了简单有效的海洋湍流相位屏仿真参数选取依据,整理推导了高斯光束在弱起伏到强起伏海洋湍流中的光强一阶及二阶矩传输特性的理论表达式,最后进行了不同湍流条件下传输统计特性（平均半径、光束漂移、光强闪烁）的数值仿真与理论计算对比,验证了多相位屏法模拟海洋湍流的正确性和适用范围,结果表明基于相位屏法的仿真结果统计平均可以有效描述激光海洋湍流传输特性。基于光强一阶矩得到的传输特性参量（平均半径、光束漂移）数值仿真统计结果与理论结果偏差较小,而强起伏条件下,光强闪烁特性的仿真与理论偏差较大。最后,基于相位屏法数值仿真对比了不同分布的高斯阵列光束（单光束、矩形阵列、径向阵列）在海洋湍流中的传输特性。3.基于光纤阵列相干合成技术,提出了基于SPGD算法控制光纤阵列光束远场合成光斑整形优化方法。采用SPGD算法控制光束的整体相位（piston相位）及/或倾斜相位（tip/tilt相位）,同时实现光束净化、湍流补偿及远场光斑整形功能。针对完全合作目标,即可主动配合返回性能评价函数的目标,通过射频信号反馈形成闭环,引入自适应整形优化函数作为性能评价函数实现合成光束优化整形,通过数值仿真的方法对比分析了该方案下相干合成与非相干合成光纤阵列在同步/异步控制、运动/静止目标、不同目标形状、不同大气湍流强度下的光束优化整形效果。结果表明,基于SPGD算法控制相干合成光纤阵列可有效实现不同大气湍流强度、不同目标形状的光束整形优化,且在不同速度运动目标下均可保持稳定的优化效果,而基于SPGD算法控制非相干合成光纤阵列不具有远场光斑整形能力,但可以提高目标有效范围内的总功率,且易受到目标运动的影响。针对部分合作目标,即仅能被动返回性能评价函数的目标,采用目标上分布的反射器获得反射光,以反射光总功率作为性能评价函数实现远场合成光束整形,数值仿真初步验证了该方案中反射器对于光强分布的引导能力和系统的光斑整形能力。
二、自适应光学技术应用于激光测月中大气波前倾斜量的探测与计算（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：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（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。
三、自适应光学技术应用于激光测月中大气波前倾斜量的探测与计算（论文提纲范文）
（1）无线光相干通信中波前畸变的预测控制与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 自适应光学研究进展 |
| 1.2.2 自适应光学预测控制研究进展 |
| 1.2.3 发展趋势 |
| 1.3 论文结构安排 |
| 2 自适应光学基本理论 |
| 2.1 自适应光学系统基本原理 |
| 2.2 自适应光学系统核心器件 |
| 2.2.1 波前校正器 |
| 2.2.2 波前传感器 |
| 2.2.3 波前控制器 |
| 2.3 自适应光学系统伺服延时分析 |
| 2.4 泽尼克多项式与评价指标 |
| 2.4.1 泽尼克多项式原理 |
| 2.4.2 评价指标 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 线性子空间系统辨识法 |
| 3.1 子空间法预备知识 |
| 3.1.1 QR分解与SVD分解 |
| 3.1.2 Moore-Penrose逆 |
| 3.1.3 正交投影 |
| 3.1.4 斜向投影 |
| 3.2 系统模型的数学描述 |
| 3.2.1 确定性系统模型 |
| 3.2.2 随机性系统模型 |
| 3.2.3 前向新息模型 |
| 3.3 线性子空间辨识算法 |
| 3.4 仿真验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 自适应光学预测模型分析 |
| 4.1 自适应光学卡尔曼预测 |
| 4.2 线性预测模型 |
| 4.3 两种响应矩阵的标定 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 自适应光学预测控制实验研究 |
| 5.1 波前修正实验系统和装置 |
| 5.2 1.2km预测控制算法实验研究 |
| 5.3 5km预测控制算法实验研究 |
| 5.4 10km预测控制算法实验研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结和展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（2）大气湍流对单模光纤耦合效率影响的理论分析与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究发展现状 |
| 1.2.1 国外发展现状 |
| 1.2.2 国内发展现状 |
| 1.3 研究目的及主要研究内容 |
| 1.3.1 研究目的 |
| 1.3.2 主要研究内容 |
| 第2章 大气湍流与光束质量评价的基本理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 大气湍流理论 |
| 2.2.1 大气层的组成 |
| 2.2.2 大气湍流的形成 |
| 2.2.3 折射率起伏 |
| 2.2.4 折射率结构常数 |
| 2.3 光束质量评价与波前像差 |
| 2.3.1 斯特列尔比 |
| 2.3.2 泽尼克多项式 |
| 2.4 自适应光学系统简介 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 波前像差对耦合效率的影响分析与实验验证 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 单模光纤耦合效率的计算方法 |
| 3.2.1 模式匹配法 |
| 3.2.2 斯特列尔比近似和桶中功率法 |
| 3.3 光学系统对耦合效率的影响 |
| 3.4 单一模式像差对耦合效率的影响 |
| 3.4.1 圆对称类像差 |
| 3.4.2 倾斜-慧差类像差 |
| 3.4.3 像散类像差 |
| 3.5 随机湍流像差对耦合效率的影响 |
| 3.6 波前像差模式对耦合效率影响的实验验证 |
| 3.6.1 实验系统的建立 |
| 3.6.2 系统标校 |
| 3.6.3 实验结果与分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 整体倾斜对耦合效率的影响分析与校正实验 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 整体倾斜校正的必要性 |
| 4.2.1 大气湍流与波前整体倾斜 |
| 4.2.2 整体倾斜的估计 |
| 4.2.3 衍射极限角与耦合效率 |
| 4.3 整体倾斜校正方法 |
| 4.3.1 校正系统的组成及工作原理 |
| 4.3.2 倾斜校正器件 |
| 4.3.3 倾斜传感器 |
| 4.4 倾斜像差的频率特性 |
| 4.4.1 波前整体倾斜的功率谱估计 |
| 4.4.2 泰勒频率与观测条件 |
| 4.4.3 倾斜校正系统带宽对耦合效率的影响 |
| 4.5 倾斜像差校正实验 |
| 4.5.1 实验系统建立 |
| 4.5.2 系统标校 |
| 4.5.3 高阶像差对倾斜探测的影响 |
| 4.5.4 倾斜校正系统带宽测试 |
| 4.5.5 整体倾斜扰动抑制实验 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 高阶像差对耦合效率的影响分析与校正实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 高阶像差的校正方法 |
| 5.2.1 系统组成及工作原理 |
| 5.2.2 波前校正器 |
| 5.2.3 波前传感器 |
| 5.2.4 校正方法 |
| 5.3 空间模式校正数目 |
| 5.3.1 大气湍流中高阶像差模式的分布 |
| 5.3.2 校正模式数目对耦合效率的影响 |
| 5.4 时间频率特性分析 |
| 5.4.1 高阶像差的功率谱 |
| 5.4.2 格林伍德频率与观测条件 |
| 5.4.3 系统带宽对耦合效率的影响 |
| 5.5 高阶像差校正实验 |
| 5.5.1 实验系统建立 |
| 5.5.2 系统标校 |
| 5.5.3 不同格林伍德频率下的耦合实验 |
| 5.5.4 不同校正频率下的耦合实验 |
| 5.5.5 模拟湍流像差抑制下的激光通信实验 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 研究内容总结 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）自适应光学在双光子光片荧光显微镜中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 双光子光片荧光显微镜在三维活体生物成像中的应用 |
| 1.2 双光子光片荧光显微镜的局限性与自适应光学技术 |
| 1.2.1 生物像差对双光子光片的影响 |
| 1.2.2 自适应光学技术 |
| 1.3 自适应光学在生物荧光显微镜中应用的研究现状 |
| 1.4 自适应光学在双光子光片荧光显微镜中的应用难点 |
| 1.5 本论文研究内容 |
| 第2章 结合波前校正和视场扩展的双光子光片激发照明系统研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 结合波前校正和双光子光片视场扩展的方法 |
| 2.3 像差影响模拟与激发光路自适应系统设计要求 |
| 2.4 自适应波前校正大视场双光子光片激发照明光路系统设计 |
| 2.4.1 空间光调制器同时完成像差校正和视场扩展的模拟分析 |
| 2.4.2 光路结构设计分析 |
| 2.4.3 系统参数计算分析 |
| 2.4.4 光路的关键器件选型和光路光学设计 |
| 2.5 波前校正大视场双光子光片激发照明光路系统实验验证 |
| 2.5.1 激发照明光路装调与测试 |
| 2.5.2 荧光成像光路的装调与测试 |
| 2.5.3 样品槽的设计和组装 |
| 2.5.4 实验样品的制备 |
| 2.5.5 系统横向分辨率测试 |
| 2.5.6 波前校正大视场光片验证实验 |
| 2.6 小结 |
| 第3章 双光子光片荧光显微镜像差探测系统研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 哈特曼波前探测器的基本工作原理 |
| 3.3 双光子光片荧光显微系统中哈特曼探测生物像差难点与解决方法 |
| 3.3.1 双光子光片荧光显微镜中哈特曼探测生物像差难点 |
| 3.3.2 双光子光片荧光显微镜中弱荧光的哈特曼探测方法 |
| 3.4 关键器件的参数设计分析 |
| 3.4.1 哈特曼波前探测器的参数设计分析 |
| 3.4.2 变焦透镜的参数设计分析 |
| 3.5 双光子光片荧光显微镜像差探测光路系统实验验证 |
| 3.5.1 像差探测光路的设计 |
| 3.5.2 像差探测光路装调 |
| 3.5.3 弱荧光波前探测验证实验 |
| 3.6 小结 |
| 第4章 自适应双光子光片荧光显微系统研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 变焦透镜实现视场扩展下波前探测和校正的扫描方法 |
| 4.3 自适应双光子光片系统控制时序与扫描实现分析 |
| 4.4 自适应双光子光片荧光显微系统的总体设计 |
| 4.4.1 系统的光学设计 |
| 4.4.2 系统的机械设计和样品架改进设计 |
| 4.5 自适应双光子光片荧光显微系统的装调与测试 |
| 4.5.1 整体光路装调 |
| 4.5.2 响应矩阵的测量 |
| 4.5.3 系统自适应功能有效性实验测试 |
| 4.5.4 共光路变焦透镜扩展视场实验 |
| 4.6 自适应校正生物像差成像实验 |
| 4.7 小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历与在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）基于液晶校正的空间光耦合技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 空间激光通信技术 |
| 1.1.1 空间激光通信系统的挑战 |
| 1.1.2 提高空间激光耦合性能的方法 |
| 1.2 液晶波前校正技术 |
| 1.2.1 液晶校正技术研究现状 |
| 1.2.2 液晶校正技术存在的问题 |
| 1.3 波前探测技术及研究现状 |
| 1.3.1 传统的波前探测技术 |
| 1.3.2 神经网络相位检索技术 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第2章 大气效应对空间激光耦合性能的影响 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 大气效应的物理结构 |
| 2.2.1 大气效应的空间描述 |
| 2.2.2 大气效应的时间描述 |
| 2.2.3 大气效应的相位模拟 |
| 2.3 耦合效率的影响因素 |
| 2.3.1 耦合效率的定义 |
| 2.3.2 位置偏移与耦合效率的关系 |
| 2.3.3 校正系统对耦合效率的影响 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 液晶空间光调制器性能优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 液晶相位响应特性 |
| 3.2.1 夫琅禾费衍射光栅 |
| 3.2.2 相位调制特性测量 |
| 3.2.3 二元光学与衍射效率 |
| 3.3 液晶响应速度提升 |
| 3.3.1 液晶弛豫特性 |
| 3.3.2 过压驱动原理 |
| 3.4 实验与仿真 |
| 3.4.1 液晶响应测试实验 |
| 3.4.2 对象特性对比 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 神经网络相位检索技术 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 反卷积神经网络模型 |
| 4.2.1 神经网络结构 |
| 4.2.2 神经网络应用实现 |
| 4.2.3 训练与测试数据集 |
| 4.3 反卷积神经网络探测仿真 |
| 4.3.1 焦点与离焦像差探测 |
| 4.3.2 单幅离焦像差探测 |
| 4.4 实验与结果 |
| 4.4.1 实验平台 |
| 4.4.2 离焦与焦点探测实验 |
| 4.4.3 单幅离焦图探测实验 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 液晶校正延迟的运动估计技术 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 时序大气湍流模拟 |
| 5.3 运动估计技术 |
| 5.3.1 自适应根模式搜索算法 |
| 5.3.2 基于灰度的运动估计 |
| 5.4 ARPS算法运动估计 |
| 5.4.1 ARPS算法预测仿真 |
| 5.4.2 ARPS算法预测实验 |
| 5.5 小结 |
| 第6章 液晶校正的空间光耦合系统实验 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验平台 |
| 6.3 实验与结果 |
| 6.3.1 静态校正耦合实验 |
| 6.3.2 动态校正耦合实验 |
| 6.4 小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（5）基于深度学习的自适应光学波前传感技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 自适应光学与波前传感 |
| 1.1.1 自适应光学概述 |
| 1.1.2 常见的波前传感器 |
| 1.2 夏克-哈特曼波前传感器 |
| 1.2.1 夏克-哈特曼波前传感器的组成 |
| 1.2.2 不同应用环境中的需求与现有测量机制的缺陷 |
| 1.3 基于干涉原理的波前传感器 |
| 1.3.1 激光干涉与波前传感 |
| 1.3.2 相位提取算法 |
| 1.4 本文的主要研究内容及安排 |
| 第2章 深度学习在自适应光学中的应用现状 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 深度学习中的常用技术 |
| 2.2.1 激活函数 |
| 2.2.2 损失函数及正则化 |
| 2.2.3 反向传播与梯度下降 |
| 2.2.4 卷积和池化 |
| 2.3 深度学习用于波前测量 |
| 2.3.1 基于人工神经网络的相位反演波前传感器 |
| 2.3.2 哈特曼传感器质心计算和多传感器融合 |
| 2.4 利用深度学习技术的自适应光学控制技术 |
| 2.4.1 基于深度学习的有波前探测自适应光学控制技术 |
| 2.4.2 基于深度强化学习的无波前探测自适应光学控制技术 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 哈特曼波前传感器质心探测失效时的闭环稳定性分类 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 哈特曼波前传感器子孔径模型 |
| 3.2.1 子孔径的高斯光斑模型 |
| 3.2.2 子孔径中的噪声与干扰 |
| 3.3 光斑质心定位算法 |
| 3.3.1 重心法计算质心坐标 |
| 3.3.2 各类改进重心法的局限 |
| 3.4 基于逻辑回归的变形镜闭环稳定性分类 |
| 3.4.1 波前探测失效导致变形镜异常 |
| 3.4.2 基于逻辑回归的自动开闭环 |
| 3.4.3 验证与分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 干扰环境下基于神经网络的的哈特曼波前传感器质心探测 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 哈特曼传感器质心探测的神经网络表示 |
| 4.2.1 神经网络的基本运算过程 |
| 4.2.2 重心法及其改进算法的神经网络计算表示 |
| 4.3 质心探测神经网络的结构与训练 |
| 4.3.1 转化为分类问题的质心探测神经网络 |
| 4.3.2 SHNN的训练及质心定位后处理 |
| 4.3.3 神经网络的质心探测能力分析 |
| 4.4 仿真分析与实验对比 |
| 4.4.1 仿真分析 |
| 4.4.2 真实干扰光环境下的实验对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于U-Net的双帧相移干涉波前测量 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 激光干涉法复原波前的原理 |
| 5.2.1 四步相移和三步相移法 |
| 5.2.2 单帧激光干涉法及其不足 |
| 5.2.3 双帧相移干涉法解决相位模糊问题 |
| 5.3 经典的双帧相移干涉法 |
| 5.3.1 Kreis算法 |
| 5.3.2 光流法 |
| 5.3.3 Gram–Schmidt正交化算法 |
| 5.3.4 求解四次方程法 |
| 5.4 Phase U-Net的结构与训练 |
| 5.4.1 像素级处理网络:从FCN到 U-Net |
| 5.4.2 仿真数据集的制作 |
| 5.4.3 Phase U-Net训练及后处理 |
| 5.5 仿真分析与实验验证 |
| 5.5.1 仿真对比 |
| 5.5.2 神经网络计算包裹相位的有效性分析 |
| 5.5.3 实验验证 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 融合相位反演技术的离焦面高分辨率哈特曼波前传感器 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 基于衍射传输理论的哈特曼波前传感器仿真 |
| 6.2.1 角谱传输理论与透镜的相位变换作用 |
| 6.2.2 大气湍流相位屏的仿真 |
| 6.2.3 哈特曼波前传感器数值仿真 |
| 6.3 小像差线性相位反演技术 |
| 6.3.1 小像差条件下的相位差反演 |
| 6.3.2 基于奇偶分解的线性相位反演 |
| 6.3.3 基于Zernike多项式的线性相位反演 |
| 6.4 基于深度学习的离焦面哈特曼波前传感器波前重构 |
| 6.4.1 Zernike模式波前复原算法 |
| 6.4.2 子孔径高阶信息探测 |
| 6.4.3 模式法与子孔径高阶信息的融合 |
| 6.4.4 LPR U-Net的结构与训练 |
| 6.4.5 仿真分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 本文的主要研究工作 |
| 7.2 本文的主要创新点 |
| 7.3 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）面向拼接镜共相误差检测的差分光学传递函数去卷积研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 大口径天文望远镜中的主动光学技术 |
| 1.1.1 大口径天文望远镜简介 |
| 1.1.2 主动光学原理与关键技术 |
| 1.2 拼接镜共相误差检测技术概述 |
| 1.2.1 常用拼接镜共相误差检测技术介绍 |
| 1.2.2 差分光学传递函数 |
| 1.2.3 差分光学传递函数的优势 |
| 1.3 本文研究目的与意义 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 第2章 差分光学传递函数基本原理 |
| 2.1 光学系统成像基本原理 |
| 2.2 Zernike多项式简介 |
| 2.3 差分光学传递函数基本原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于单次差分光学传递函数的拼接镜共相误差检测研究 |
| 3.1 光瞳修改方式对差分光学传递函数检测结果的影响 |
| 3.1.1 遮拦镜面引入光瞳修改对检测结果的影响 |
| 3.1.2 相位更改引入光瞳修改对检测结果的影响 |
| 3.1.3 引入光瞳修改的位置对检测结果的影响 |
| 3.2 拼接型主镜模型的建立与共相问题 |
| 3.3 基于单次差分光学传递函数的迭代去卷积方法研究 |
| 3.3.1 差分光学传递函数在共相误差检测中去卷积的必要性 |
| 3.3.2 差分光学传递函数去卷积的前提条件 |
| 3.3.3 单次差分光学传递函数实现迭代去卷积 |
| 3.4 存在噪声情况下的迭代去卷积理论 |
| 3.4.1 常见去噪方法概括 |
| 3.4.2 维纳滤波器在差分光学传递函数去卷积中的应用 |
| 3.5 噪声条件下的迭代去卷积仿真结果与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于两次差分光学传递函数的拼接镜共相误差检测研究 |
| 4.1 单次差分光学传递函数迭代去卷积的局限性 |
| 4.1.1 光瞳修改量估计不准对迭代去卷积的影响 |
| 4.1.2 对差分光学传递函数引入光瞳修改方式的限制 |
| 4.2 基于两次差分光学传递函数的去卷积方法研究 |
| 4.2.1 基于两次差分光学传递函数的交叉迭代去卷积策略 |
| 4.2.2 噪声条件下仿真实验结果与分析 |
| 4.3 系统存在连续像差时的共相误差检测研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于扩展差分光学传递函数的拼接镜共相误差检测研究 |
| 5.1 任意方式引入光瞳修改的交叉迭代去卷积策略 |
| 5.1.1 任意方式引入光瞳修改的去卷积理论基础 |
| 5.1.2 轴向平移边缘子镜引入光瞳修改的交叉迭代去卷积 |
| 5.1.3 倾斜边缘子镜引入光瞳修改的交叉迭代去卷积 |
| 5.1.4 子镜轴向平移和倾斜同时引入光瞳修改的交叉迭代去卷积 |
| 5.2 差分光学传递函数相位缠绕问题研究 |
| 5.2.1 差分光学传递函数相位缠绕问题 |
| 5.2.2 差分光学传递函数相位解缠结果与分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 基于差分光学传递函数的单镜波前检测实验 |
| 6.1 差分光学传递函数波前检测实验方案 |
| 6.2 仿真分析影响实验结果的因素 |
| 6.3 实验结果与分析 |
| 6.3.1 差分光学传递函数波前检测实验 |
| 6.3.2 差分光学传递函数迭代去卷积实验 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 论文的主要工作总结及创新点 |
| 7.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（7）激光主动照明成像质量提升研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 激光主动成像系统关键技术研究 |
| 1.2.1 波长选择 |
| 1.2.2 距离选通技术 |
| 1.3 国内外研究进展 |
| 1.3.1 主动照明技术国内外研究现状 |
| 1.3.2 湍流抑制技术研究 |
| 1.4 本文研究的主要内容 |
| 第2章 随机介质中的光场传输理论 |
| 2.1 大气的光学性质 |
| 2.1.1 随高度变化的大气结构 |
| 2.1.2 大气的吸收与散射 |
| 2.1.3 大气湍流 |
| 2.2 真空中的主动照明光传输理论 |
| 2.3 大气湍流中的光传输理论 |
| 2.3.1 折射率功率谱模型 |
| 2.3.2 大气湍流中的波传输分析方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 激光主动成像光场闪烁抑制研究 |
| 3.1 多光束照明湍流效应抑制原理 |
| 3.2 多波长照明湍流抑制原理 |
| 3.2.1 多波长照明光场描述 |
| 3.2.2 弱湍流起伏下的闪烁指数 |
| 3.3 多光束多波长湍流抑制原理 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 激光主动成像湍流抑制的仿真分析 |
| 4.1 单光束激光主动照明成像仿真 |
| 4.1.1 单光束真空传输主动照明仿真 |
| 4.1.2 单光束激光大气主动照明仿真 |
| 4.2 多光束单波长湍流效应抑制仿真研究 |
| 4.3 多波长单光束湍流效应抑制仿真研究 |
| 4.4 多光束多波长湍流效应抑制仿真研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 激光主动成像实验研究 |
| 5.1 室内激光主动成像湍流抑制实验 |
| 5.1.1 大气湍流模拟系统 |
| 5.1.2 单光束单波长照明实验 |
| 5.1.3 多光束单波长湍流抑制实验 |
| 5.1.4 单光束多波长湍流抑制实验 |
| 5.1.5 多光束多波长湍流抑制实验 |
| 5.2 主动照明外场试验 |
| 5.2.1 试验系统搭建 |
| 5.2.2 试验内容及分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 基于空间调制技术的波前探测与图像复原研究 |
| 6.1 空间调制相位差法基本原理 |
| 6.1.1 光瞳大小调制相位差法 |
| 6.1.2 快门空间调制相位差法 |
| 6.2 噪声模型 |
| 6.2.1 泊松噪声 |
| 6.2.2 高斯噪声 |
| 6.3 光束质量评价 |
| 6.4 改进的空间调制相位差法 |
| 6.4.1 改进的光瞳大小调制技术研究 |
| 6.4.2 改进的快门空间调制技术 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结和展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（8）自适应光学波前畸变控制及实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 国外研究进展 |
| 1.2.2 国内研究进展 |
| 1.2.3 发展趋势 |
| 1.3 研究意义 |
| 1.4 论文结构安排 |
| 2 自适应光学基本理论 |
| 2.1 自适应光学系统基本原理 |
| 2.2 波前测量的自适应光学系统主要构成 |
| 2.2.1 波前传感器 |
| 2.2.2 波前控制器 |
| 2.2.3 波前校正器 |
| 2.3 Zernike多项式与大气湍流模拟原理 |
| 2.4 波前评价指标 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 自适应光学PI算法与迭代算法研究 |
| 3.1 系统响应矩阵标定 |
| 3.2 基于直接斜率法的PI控制算法原理 |
| 3.2.1 直接斜率法 |
| 3.2.2 基于直接斜率法的增量式PI算法 |
| 3.3 迭代算法控制原理 |
| 3.3.1 Gauss-Seidel算法(G-S算法) |
| 3.3.2 ILC算法 |
| 3.4 PI算法与迭代算法的参数影响与运算量仿真分析 |
| 3.4.1 PI算法与迭代算法参数影响分析 |
| 3.4.2 PI算法与迭代算法参数特性对比 |
| 3.4.3 迭代算法与PI算法运算量分析 |
| 3.4.4 PI算法与迭代算法运算量对比 |
| 3.5 PID类算法与迭代算法性能总结 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 双重模糊自适应PID控制算法研究 |
| 4.1 基于直接斜率法的双重模糊自适应PID控制算法原理 |
| 4.2 模糊自适应PID算法仿真输入论域影响分析 |
| 4.2.1 不同控制电压输入论域范围对模糊PID算法的影响 |
| 4.2.2 不同控制电压一阶导数输入论域范围对模糊PID算法的影响 |
| 4.3 模糊自适应PID算法仿真输出论域影响分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 自适应光学控制算法的实验研究 |
| 5.1 自适应光学系统实验装置 |
| 5.2 迭代控制算法校正实验 |
| 5.2.1 G-S算法实验研究 |
| 5.2.2 ILC算法实验研究 |
| 5.3 PID类控制算法校正实验 |
| 5.3.1 PI控制算法的实验研究 |
| 5.3.2 双重模糊自适应PID控制算法的实验研究 |
| 5.3.3 PI算法和双重模糊自适应PID控制算法的分析与总结 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（9）大气激光通信系统主动自适应光学关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.1.1 大气激光通信的研究背景 |
| 1.1.2 自适应光学在大气激光通信中的研究意义 |
| 1.2 自适应光学的发展现状 |
| 1.2.1 国外自适应光学的发展现状 |
| 1.2.2 国内自适应光学的发展现状 |
| 1.3 无波前自适应光学的研究进展 |
| 1.3.1 基于SPGD算法的无波前自适应光学技术 |
| 1.3.2 基于PD算法的无波前自适应光学技术 |
| 1.3.3 基于二元光强调制的无波前自适应光学技术 |
| 1.4 本文研究内容及结构安排 |
| 第2章 大气湍流对激光通信的影响 |
| 2.1 大气湍流的特征及模型 |
| 2.1.1 大气湍流基本特征 |
| 2.1.2 大气湍流基本模型 |
| 2.2 大气湍流特征参数 |
| 2.2.1 大气折射率结构常数C_0~2 |
| 2.2.2相干长度γ_0 |
| 2.2.3 Greenwood频率 |
| 2.3 大气湍流对激光通信系统的影响分析 |
| 2.3.1 大气湍流对系统耦合效率的影响 |
| 2.3.2 自适应光学对湍流作用下系统耦合效率的作用 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 自适应光学在大气激光通信系统中的应用 |
| 3.1 大气激光通信自适应光学系统的组成及原理 |
| 3.1.1 大气激光通信系统的组成及原理 |
| 3.1.2 自适应光学系统的组成及原理 |
| 3.2 自适应光学关键技术基础 |
| 3.2.1 波前像差的Zernike多项式表示 |
| 3.2.2 S-H传感器的波前重构原理 |
| 3.2.3 变形镜的工作原理 |
| 3.2.4 性能指标的选取 |
| 3.3 自适应光学的波前校正算法 |
| 3.3.1 直接斜率法 |
| 3.3.2 最速下降法 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 自适应光学组合校正算法研究 |
| 4.1 组合校正算法原理 |
| 4.2 组合校正算法验证 |
| 4.2.1 组合校正算法理论基础验证 |
| 4.2.2 组合校正算法校正能力验证 |
| 4.3 组合校正算法效果分析 |
| 4.3.3 不同湍流强度下组合校正算法效果分析 |
| 4.3.4 不同波前拟合精度下组合校正算法效果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于二元光强调制的自适应光学技术研究 |
| 5.1 基于二元光强调制的自适应光学技术原理 |
| 5.1.1 Walsh函数 |
| 5.1.2 波前重构原理 |
| 5.2 基于二元光强调制的自适应光学系统组成 |
| 5.2.1 系统构成及工作原理 |
| 5.2.2 算法结构 |
| 5.3 仿真结果分析 |
| 5.3.1 波前重构精度分析 |
| 5.3.2 波前校正效果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（10）阵列光束在湍流中的传输及合成光束自适应优化整形（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 阵列光束在湍流介质中的传输概述 |
| 1.2.1 阵列光束描述 |
| 1.2.2 光波在湍流介质中的传输特性 |
| 1.3 阵列光束湍流传输特性研究现状 |
| 1.3.1 湍流大气传输研究现状 |
| 1.3.2 海洋湍流传输研究现状 |
| 1.4 自适应光学及其在光纤阵列合成中的应用 |
| 1.4.1 自适应光学技术 |
| 1.4.2 优化式自适应光学原理 |
| 1.4.3 基于优化算法的光纤阵列合成技术原理 |
| 1.5 基于优化算法的光纤阵列远场合成技术研究现状 |
| 1.6 论文结构安排及框架 |
| 1.7 论文创新点 |
| 第二章 湍流介质中光传播理论和方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 湍流光学统计特性基本概念 |
| 2.2.1 湍流统计基本描述 |
| 2.2.2 湍流光学统计特性参量 |
| 2.3 大气湍流描述及其光学统计特性 |
| 2.3.1 大气折射率结构常数及模型 |
| 2.3.2 大气湍流功率谱密度函数及模型 |
| 2.3.3 大气湍流强度表征参数 |
| 2.3.4 大气湍流时域特性 |
| 2.4 海洋湍流模型及其统计特性 |
| 2.4.1 海洋湍流参数描述 |
| 2.4.2 海洋湍流功率谱模型 |
| 2.4.3 海洋湍流统计特性参量 |
| 2.5 湍流中的光场描述及研究方法 |
| 2.5.1 高斯光束阵列模型 |
| 2.5.2 光场统计矩求解方法 |
| 2.5.3 Rytov方法 |
| 2.5.4 广义Huygens-Fresnel原理 |
| 2.6 小结 |
| 第三章 湍流介质中光传输的相位屏法仿真 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 多相位屏法 |
| 3.2.1 相位屏法原理 |
| 3.2.2 相位屏参数选取原则 |
| 3.3 时域变化的相位屏产生方法 |
| 3.3.1 无限长相位屏生成 |
| 3.3.2 自回归算法生成相位屏 |
| 3.4 相位屏法仿真海洋湍流准确性 |
| 3.4.1 高斯光束海洋湍流传输特性理论推导 |
| 3.4.2 数值仿真统计特性计算方法 |
| 3.4.3 理论计算与数值仿真对比 |
| 3.5 相位屏仿真海洋湍流中阵列光束传输特性 |
| 3.5.1 光束扩展特性 |
| 3.5.2 光束漂移特性 |
| 3.5.3 光强闪烁特性 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 海洋湍流中高斯阵列光束传输特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 海洋湍流功率谱模型求和形式 |
| 4.3 海洋湍流中高斯阵列光束的光束扩展 |
| 4.3.1 光束扩展理论推导 |
| 4.3.2 光束扩展数值计算与分析 |
| 4.4 海洋湍流中高斯阵列光束的光束漂移 |
| 4.4.1 光束漂移理论推导 |
| 4.4.2 光束漂移近似表达 |
| 4.4.3 光束漂移数值计算与分析 |
| 4.5 海洋湍流中高斯阵列光束的光强闪烁 |
| 4.5.1 相干合成高斯阵列光束光强闪烁 |
| 4.5.2 非相干合成高斯阵列光束光强闪烁 |
| 4.5.3 光强闪烁数值计算与分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 光纤阵列合成自适应光斑整形 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于SPGD算法的光纤阵列合成系统 |
| 5.2.1 光纤阵列合成系统介绍 |
| 5.2.2 光束控制方法 |
| 5.2.3 数学模型 |
| 5.2.4 SPGD算法原理 |
| 5.3 光纤阵列合成光束自适应优化整形 |
| 5.3.1 系统原理 |
| 5.3.2 目标评价函数 |
| 5.3.3 同步/异步控制 |
| 5.3.4 移动目标数值仿真方法 |
| 5.4 完全合作目标方案数值仿真结果 |
| 5.4.1 相干/非相干系统数值仿真结果 |
| 5.4.2 不同目标形状数值仿真结果 |
| 5.4.3 运动目标数值仿真结果 |
| 5.5 部分合作目标方案数值仿真结果 |
| 5.5.1 相干/非相干系统数值仿真结果 |
| 5.5.2 运动目标数值仿真结果 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 结论和展望 |
| 6.1 研究结论 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、自适应光学技术应用于激光测月中大气波前倾斜量的探测与计算（论文参考文献）
- [1]无线光相干通信中波前畸变的预测控制与实验研究[D]. 武轶凡. 西安理工大学, 2021
- [2]大气湍流对单模光纤耦合效率影响的理论分析与实验研究[D]. 刘永凯. 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), 2021(01)
- [3]自适应光学在双光子光片荧光显微镜中的应用研究[D]. 孙文强. 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), 2021(08)
- [4]基于液晶校正的空间光耦合技术研究[D]. 郭弘扬. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2021(08)
- [5]基于深度学习的自适应光学波前传感技术[D]. 李自强. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2021
- [6]面向拼接镜共相误差检测的差分光学传递函数去卷积研究[D]. 姜凤义. 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), 2021(08)
- [7]激光主动照明成像质量提升研究[D]. 杨欣欣. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2021(08)
- [8]自适应光学波前畸变控制及实验研究[D]. 张丹玉. 西安理工大学, 2020
- [9]大气激光通信系统主动自适应光学关键技术研究[D]. 罗琳. 长春理工大学, 2020(01)
- [10]阵列光束在湍流中的传输及合成光束自适应优化整形[D]. 牛超君. 西安电子科技大学, 2019(07)