基于CNN-SPGD算法的相干光通信像差校正方法研究 被引量：13

1

作者 刘维 徐珺楠 +2 位作者 金玳冉 石文孝 曹景太 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期743-754,共12页

为了降低大气湍流对自由空间光通信系统传输性能的影响,建立了一套自适应光学校正系统来校正高阶像差。对该系统的混频效率,误码率和迭代次数等参数进行研究。首先,将图像的Zernike系数划分为8个大类,256个小类,通过CNN模型预测输入光... 为了降低大气湍流对自由空间光通信系统传输性能的影响,建立了一套自适应光学校正系统来校正高阶像差。对该系统的混频效率,误码率和迭代次数等参数进行研究。首先,将图像的Zernike系数划分为8个大类,256个小类,通过CNN模型预测输入光斑的大类。对于每一小类的像差,取每一阶系数范围的中点作为标准点形成一个标准Zernike系数向量,按照其对应的标准电压作为初始校正电压进行校正。实验结果表明:随机并行梯度下降算法使混频效率达到0.80、0.85和0.9需要的迭代次数分别为110次、161次和280次;在使混频效率达到相同值的前提下,CNN-SPGD(Convolutional Neural Networks-Stochastic Parallelism Gradient Descent)算法所需的迭代次数分别为4次、37次和141次。而在相同的迭代次数下,CNN-SPGD算法在系统中的混频效率更高,误码率更低。CNN-SPGD算法与SPGD算法相比,像差校正速度更快。该CNN-SPGD算法可以大幅度减少传统自适应光学系统的迭代次数,满足激光通信的各种需求。 展开更多

关键词 自由空间光通信 无波前传感 混频效率 误码率

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基于变形镜本征模式的方形孔径激光光束净化 被引量：3

2

作者 王瑞 董冰 《中国科技论文》 北大核心 2017年第5期495-499,共5页

传统基于Zernike或Lukosz模式的无波前传感器自适应光学校正方法仅适用于圆形光瞳,并且校正精度会受模式拟合误差的影响。为避免上述问题,提出了1种基于变形镜本征模式的校正方法并将其用于方形孔径激光光束净化,通过仿真,分析了算法的... 传统基于Zernike或Lukosz模式的无波前传感器自适应光学校正方法仅适用于圆形光瞳,并且校正精度会受模式拟合误差的影响。为避免上述问题,提出了1种基于变形镜本征模式的校正方法并将其用于方形孔径激光光束净化,通过仿真,分析了算法的可行性和校正效果;仿真建立了115单元方形变形镜模型并推导出2类变形镜本征模式,分别采用斯特列尔比和远场光斑均方根半径作为评价函数,对不同大小的像差进行了校正;利用第2类变形镜本征模式对不同强度的大气湍流引起的波前误差进行了仿真校正。仿真结果表明:采用第2类变形镜本征模式校正的动态范围优于第1类变形镜本征模式;在湍流强度D/r0分别为5、10、15时,经过3次迭代,校正后算法均可收敛,校正后系统的斯特列尔比高于0.8. 展开更多

关键词 光束净化 无波前传感器自适应光学 方形孔径 变形镜本征模式 大气湍流

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基于图像清晰度无波前传感器自适应光学系统的研究

3

作者 韩立强 王祁 +1 位作者 信太克归 李志全 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第11期1568-1570,共3页

自适应光学技术能够校正大气湍流造成的光束畸变,但常规自适应光学系统需要波前传感器测量波前信息。在本文中系统不使用波前传感器,而是以图像清晰度作为优化指标,使用无模型的随机并行梯度优化算法,对大气湍流引起的波前误差进行时实... 自适应光学技术能够校正大气湍流造成的光束畸变,但常规自适应光学系统需要波前传感器测量波前信息。在本文中系统不使用波前传感器,而是以图像清晰度作为优化指标,使用无模型的随机并行梯度优化算法,对大气湍流引起的波前误差进行时实补偿,结果表明此系统算法经过多次迭代后达到很好的校正效果。 展开更多

关键词 无波前传感器自适应光学 图像清晰度 随机并行优化 湍流

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基于无波前传感的菲涅耳透镜像差校正实验 被引量：2

4

作者 文良华 杨平 +6 位作者 杨康建 陈善球 王帅 刘文劲 孔庆峰 杨静静 许冰 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期93-99,共7页

为提高薄膜菲涅耳透镜成像性能,采用无波前传感的自适应光学系统对菲涅耳透镜点目标成像的波前像差进行实验校正.像差校正控制采用随机并行梯度下降算法,以远场光斑像清晰度函数为优化指标,算法迭代数十次后收敛.系统闭环校正后,焦平面... 为提高薄膜菲涅耳透镜成像性能,采用无波前传感的自适应光学系统对菲涅耳透镜点目标成像的波前像差进行实验校正.像差校正控制采用随机并行梯度下降算法,以远场光斑像清晰度函数为优化指标,算法迭代数十次后收敛.系统闭环校正后,焦平面光斑等效半径缩小了43%,二阶矩为0.997 5,接近理想极限1,像清晰函数值和峰值光强提高了一倍,光强的半高全宽达到1.2倍衍射极限,调制传递函数的中频分量显著提高.实验结果表明该方法结实现构简单,能快速、有效地校正菲涅耳透镜波前像差,改善系统的成像性能,可应用于大口径、轻量化的空间望远镜. 展开更多

关键词 菲涅耳透镜 波前畸变 无波前传感自适应光学 像差校正 成像系统 空间望远镜

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混合模型算法在无波前传感自适应光学中的应用 被引量：3

5

作者 刘武杰 元秀华 +2 位作者 周泽宇 李奇 赵茗 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期43-52,共10页

应用Lukosz预校正模型算法可以校正波前畸变的低阶像差,缩小迭代算法的搜寻范围;应用自适应余弦衰减的随机并行梯度下降(AcSPGD)算法可以补偿波前畸变的高阶像差,提升迭代算法的校正精度。本文提出了一种基于预校正模型和AcSPGD算法的... 应用Lukosz预校正模型算法可以校正波前畸变的低阶像差,缩小迭代算法的搜寻范围;应用自适应余弦衰减的随机并行梯度下降(AcSPGD)算法可以补偿波前畸变的高阶像差,提升迭代算法的校正精度。本文提出了一种基于预校正模型和AcSPGD算法的混合模型算法,并将其应用于无波前传感自适应光学系统中校正湍流大气产生的畸变波前,最后搭建实验光路验证了算法的有效性。结果表明,混合模型算法的校正速率是常用的随机并行梯度下降(SPGD)算法的3倍,且校正精度比传统的Lukosz模型算法更高,应用于无波前传感自适应光学系统中有效减小了光场波前的相位起伏,提高了远场光斑斯特列尔比(SR),使自由空间光通信(FSO)系统的通信性能得到有效提升。 展开更多

关键词 自由空间光通信 无波前传感自适应光学 随机并行梯度下降算法 Lukosz模型

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基于变形镜本征模式和远场测量的光束净化 被引量：1

6

作者 梁佳新 向汝建 +2 位作者 杜应磊 顾静良 吴晶 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期6-13,共8页

利用波前传感器对光束进行净化的自适应光学系统是目前提高光束质量的常用技术,但在实际应用中,该技术需要波前传感器,系统复杂,体积庞大,同时需要较高性能信标源。为解决上述问题,提出了一种基于变形镜本征模式和远场光斑特征分析的无... 利用波前传感器对光束进行净化的自适应光学系统是目前提高光束质量的常用技术,但在实际应用中,该技术需要波前传感器,系统复杂,体积庞大,同时需要较高性能信标源。为解决上述问题,提出了一种基于变形镜本征模式和远场光斑特征分析的无波前自适应光学系统,用于校正激光器输出的方形光束。将变形镜影响函数进行本征模式分解,并用远场光斑的均方半径作为评价函数,建立了畸变波前的模式系数与评价函数之间的关系,通过测量评价函数获得模式系数用于求解校正电压,实现波前共轭校正。仿真校正和实验验证结果表明,该方法可以有效实现静态像差校正,提高远场光斑的能量集中度。 展开更多

关键词 变形镜本征模式 远场光斑 无波前传感器 静态像差 光束净化 自适应光学

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模型式无波前探测自适应光学系统收敛速度优化 被引量：1

7

作者 吴阳 杨慧珍 +1 位作者 徐奇 杨海波 《激光杂志》 北大核心 2020年第3期67-72,共6页

基函数及其阶数的选择对模型式无波前探测自适应光学(AO-Adaptive Optics)系统的收敛速度和校正效果具有重要的意义。当变形镜(DM-Deformable Mirror)的本征模作为系统的基函数时,系统的收敛速度取决于本征模的阶数。考虑到实际应用中,... 基函数及其阶数的选择对模型式无波前探测自适应光学(AO-Adaptive Optics)系统的收敛速度和校正效果具有重要的意义。当变形镜(DM-Deformable Mirror)的本征模作为系统的基函数时,系统的收敛速度取决于本征模的阶数。考虑到实际应用中,低阶像差占整个像差的大部分,为加快模型式无波前探测AO系统的收敛速度,使用本征模的部分低阶模式作为系统的基函数,分析系统的收敛速度和校正能力。结果表明:当校正效果达到全阶模式校正效果的80%时,不论湍流强弱,系统收敛速度都有一定程度的提高。相同的波前像差下,变形镜单元数越多,系统收敛速度的优化空间越大。 展开更多

关键词 自适应光学系统 无波前探测 基函数 本征模 系统优化

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基于深度学习的无波前探测自适应光学系统研究进展 被引量：2

8

作者 张之光 杨慧珍 +4 位作者 刘金龙 李松恒 苏杭 罗宇湘 魏谢文 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2021年第8期49-64,共16页

近年来自适应光学(AO)系统向着小型化和低成本化趋势发展,无波前探测自适应光学(WFSless AO)系统由于结构简单、应用范围广,成为目前相关领域的研究热点。硬件环境确定后,系统控制算法决定了WFSless AO系统的校正效果和系统收敛速度。... 近年来自适应光学(AO)系统向着小型化和低成本化趋势发展,无波前探测自适应光学(WFSless AO)系统由于结构简单、应用范围广,成为目前相关领域的研究热点。硬件环境确定后,系统控制算法决定了WFSless AO系统的校正效果和系统收敛速度。新兴的深度学习及人工神经网络为WFSless AO系统控制算法注入了新的活力,进一步推动了WFSless AO系统的理论发展与应用发展。在回顾前期WFSless AO系统控制算法的基础上,全面介绍了近年来卷积神经网络(CNN)、长短期记忆神经网络(LSTM)、深度强化学习在WFSless AO系统控制中的应用,并对WFSless AO系统中各种深度学习模型的特点进行了总结。概述了WFSless AO技术在天文观测、显微成像、眼底成像、激光通信等领域的应用。 展开更多

关键词 自适应光学 无波前探测 深度学习 人工神经网络

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高分辨率空间光学系统位置误差的无波前传感综合校正 被引量：12

9

作者 韩杏子 胡新奇 俞信 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期264-269,共6页

高分辨率三反射式空间光学系统的三个镜子之间的相对位置误差会影响整个系统的性能,需要进行空间在轨调校。提出一种新的无波前传感综合校正方法,将随机并行梯度下降算法、相位变更法和灵敏度矩阵反演法相结合,既保留了灵敏度矩阵反演... 高分辨率三反射式空间光学系统的三个镜子之间的相对位置误差会影响整个系统的性能,需要进行空间在轨调校。提出一种新的无波前传感综合校正方法,将随机并行梯度下降算法、相位变更法和灵敏度矩阵反演法相结合,既保留了灵敏度矩阵反演法的校正精度,又大大提高了可校正误差的动态范围。该方法无须使用波前传感器,系统简单,实现容易。对一个典型的三反射式空间光学系统进行了大动态范围位置误差在轨综合校正的计算机仿真,结果表明,该方法大大提高了可校正误差范围,同时实现了很高的校正精度。 展开更多

关键词 光学遥感 在轨调校 无波前传感法 随机并行梯度下降算法 相位变更法 灵敏度矩阵反演法

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高分辨率空间光学遥感器波像差的无波前传感器自适应光学校正 被引量：3

10

作者 俞信 韩杏子 胡新奇 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期158-165,共8页

高分辨率空间光学遥感器在轨工作时,由于受到各种因素的影响,无法清晰成像,目前多采用自适应光学方法与技术进行校正。传统自适应光学系统体积较大,结构复杂,难以应用于高分辨率空间光学系统的在轨校正。无波前传感器自适应光学系统去... 高分辨率空间光学遥感器在轨工作时,由于受到各种因素的影响,无法清晰成像,目前多采用自适应光学方法与技术进行校正。传统自适应光学系统体积较大,结构复杂,难以应用于高分辨率空间光学系统的在轨校正。无波前传感器自适应光学系统去除了传统自适应光学中的波前传感器,大大简化了系统结构,具有体积小、易于实现等优势,特别适用于高分辨率空间光学遥感器的在轨校正。提出了一种利用无波前传感器自适应光学解决高分辨率空间光学遥感器大口径面形误差校正以及宽视场校正等问题的方法。通过对典型的三反射式空间光学遥感器进行仿真研究,验证了利用无波前传感器方法校正大口径主镜面形误差的有效性。搭建了宽视场校正原理性实验平台,通过实验验证了宽视场无波前传感器校正方法的有效性。 展开更多

关键词 光学器件 高分辨率空间光学遥感器 自适应光学 无波前传感器 宽视场校正

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基于Hadamard模式扰动梯度下降算法的无波前探测自适应光学 被引量：2

11

作者 陈波 黄林海 李新阳 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第B12期214-218,共5页

对于无波前探测自适应光学（AO）而言，闭环控制算法的效率至关重要。提出一种以Hadamard模式为扰动向量的梯度下降算法，介绍了基于该算法的自适应光学闭环工作原理。通过与顺序（扰动）梯度下降算法和近年来最常用的随机并行梯度下降... 对于无波前探测自适应光学（AO）而言，闭环控制算法的效率至关重要。提出一种以Hadamard模式为扰动向量的梯度下降算法，介绍了基于该算法的自适应光学闭环工作原理。通过与顺序（扰动）梯度下降算法和近年来最常用的随机并行梯度下降算法对比，分析了该算法的特点和可行性。建立了基于该算法的自适应光学仿真模型，并通过对随机像差进行闭环校正仿真，分析了算法的闭环精度和收敛速度。结果表明，以Hadamard模式为扰动向量的梯度下降算法能够用于无波前探测自适应光学，而且闭环精度很高；与随机并行梯度下降（sPGD）算法相比，该算法不但实施更加容易，而且收敛速度更快、效率更高。 展开更多

关键词 自适应光学 无波前探测 HADAMARD矩阵 梯度下降算法

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点目标下基于变形镜本征模式的无波前传感器自适应光学系统 被引量：3

12

作者 王瑞 董冰 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期215-222,共8页

针对点目标提出了基于变形镜(DM)本征模式的无波前传感器自适应光学校正方法并进行了仿真和实验研究。由DM的影响函数矩阵推导出一组符合导数正交关系的DM本征模式代替传统的Lukosz模式。基于远场光斑的均方半径建立评价函数,利用DM本... 针对点目标提出了基于变形镜(DM)本征模式的无波前传感器自适应光学校正方法并进行了仿真和实验研究。由DM的影响函数矩阵推导出一组符合导数正交关系的DM本征模式代替传统的Lukosz模式。基于远场光斑的均方半径建立评价函数,利用DM本征模式系数与评价函数之间的关系求解出各阶模式所需的校正量。通过仿真比较了上述两种模式的校正精度,分析了模式偏置系数对校正精度的影响,给出了算法对不同大小像差的闭环校正结果。基于37单元DM搭建了实验系统,实验结果表明算法可以有效校正低阶像差,且采用DM本征模式的校正精度优于Lukosz模式。 展开更多

关键词 自适应光学 无波前传感器自适应光学 变形镜本征模式 Lukosz模式

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基于波前梯度平方的自适应光学优化校正算法 被引量：6

13

作者 文良华 黄琴英 徐勋前 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2019年第24期47-55,共9页

为提高随机并行梯度下降(SPGD)算法的波前像差优化校正的收敛速度,从SPGD算法原理出发,分析算法迭代中制约其收敛速度的因素,提出一种基于波前像差梯度平方寻优的随机并行梯度下降算法。通过理论公式推导,分析波前梯度平方和波前随机扰... 为提高随机并行梯度下降(SPGD)算法的波前像差优化校正的收敛速度,从SPGD算法原理出发,分析算法迭代中制约其收敛速度的因素,提出一种基于波前像差梯度平方寻优的随机并行梯度下降算法。通过理论公式推导,分析波前梯度平方和波前随机扰动量的线性关系,并利用远场光斑的归一化二阶矩,近似计算波前像差梯度平方,最终实现波前像差的优化校正。随后采用数值仿真方法对比分析已有的SPGD算法和本文算法的收敛速度和校正效果。最后通过菲涅耳波带片波前像差的无波前传感自适应光学校正实验,进一步验证算法的性能。数值仿真和校正实验结果一致,表明本文算法具有更快的收敛速度,适应性更强。 展开更多

关键词 大气光学 波前像差 无波前传感自适应光学 随机并行梯度下降算法 收敛速度 波前梯度平方

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无波前传感器自适应光学在生物成像中的应用

14

作者 董冰 武楚晗 任虹禧 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2017年第8期35-43,共9页

获取生物体的高质量图像对生命科学的研究至关重要,但成像光学系统和生物体本身都含有像差,导致成像分辨率和对比度下降.由于不同生物体引入的像差不同且可能随时间变化,因此无法通过传统的光学设计手段进行补偿.发端于天文成像观测的... 获取生物体的高质量图像对生命科学的研究至关重要,但成像光学系统和生物体本身都含有像差,导致成像分辨率和对比度下降.由于不同生物体引入的像差不同且可能随时间变化,因此无法通过传统的光学设计手段进行补偿.发端于天文成像观测的自适应光学技术具有克服动态像差影响的能力,因此也可以用于生物成像中提高成像质量.传统自适应光学一般用波前传感器(如夏克-哈特曼传感器)测量波前误差,而近年来发展的无波前传感器自适应光学技术则省去了专用的波前传感器,不但简化了系统结构,降低了成本,还可以克服传统自适应光学的一些限制,具有良好的应用前景.本文在介绍无波前传感器自适应光学原理的基础上,重点讨论该技术在眼底成像和荧光显微成像方面的应用并对未来的发展提出展望. 展开更多

关键词 自适应光学 无波前传感器 眼底成像 荧光显微成像

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无波前探测自适应光学对光通信性能影响分析 被引量：5

15

作者 牛超君 于诗杰 韩香娥 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2015年第8期63-68,共6页

自适应光学(AO)技术是缓解自由空间光通信(FSO)系统中大气湍流影响的有效途径之一,无波前探测能不依赖波前传感器直接对通信性能进行优化。对基于差分进化(DE)、随机并行梯度下降(SPGD)和模拟退火(SA)算法的无波前探测自适应光学技术在... 自适应光学(AO)技术是缓解自由空间光通信(FSO)系统中大气湍流影响的有效途径之一,无波前探测能不依赖波前传感器直接对通信性能进行优化。对基于差分进化(DE)、随机并行梯度下降(SPGD)和模拟退火(SA)算法的无波前探测自适应光学技术在FSO系统中的应用过程进行模拟仿真,并对比校正前后不同湍流强度下FSO系统的耦合效率、误码率及光强起伏的变化情况,分析优化算法的畸变波前校正能力。结果表明三种算法均能有效提高FSO系统的通信性能,DE算法虽迭代速率较慢,但效果最优,尤其适合于强湍流情况。 展开更多

关键词 自适应光学 无波前探测 自由空间光通信 大气湍流

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无波前传感器的自适应光学校正 被引量：9

16

作者 吴加丽 柯熙政 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2018年第3期127-133,共7页

激光在大气湍流中传输时会发生波前畸变,从而降低无线光通信系统的性能。采用基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的无波前传感器自适应光学校正系统对远场的畸变波前进行校正。模拟结果表明,校正后系统的斯特列尔比由0.15提高到0.81,远场... 激光在大气湍流中传输时会发生波前畸变,从而降低无线光通信系统的性能。采用基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的无波前传感器自适应光学校正系统对远场的畸变波前进行校正。模拟结果表明,校正后系统的斯特列尔比由0.15提高到0.81,远场光斑能量更加会聚。以CCD相机探测到的远场畸变光斑光强值作为系统的目标函数,实验验证了SPGD算法对不同畸变像差光的校正情况。经校正,目标函数(中心900个像素点的灰度均值)由26.5,44.6,110.6分别上升到77.2,93.4,208.5,斯特列尔比由0.23,0.39,0.48分别上升到0.67,0.75,0.86,中心光强值增大且光斑能量会聚,该结果与理论结果相吻合。 展开更多

关键词 大气光学 自适应光学 无波前传感器 多相位屏传输 随机并行梯度下降算法

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