自适应光学系统SPGD控制算法的FPGA硬件实现 被引量：10

1

作者 张金宝 陈波 +1 位作者 王彩霞 李新阳 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第9期46-51,共6页

针对随机并行梯度下降(SPGD)算法实时性强,同时具有一定的灵活性的要求,本文提出了一种基于FPGA的SPGD算法硬件实现方法。该方法首先划分了各功能模块,然后对关键模块进行了实时化处理,并使用"流水线"和RAM技术设计了可升级... 针对随机并行梯度下降(SPGD)算法实时性强,同时具有一定的灵活性的要求,本文提出了一种基于FPGA的SPGD算法硬件实现方法。该方法首先划分了各功能模块,然后对关键模块进行了实时化处理,并使用"流水线"和RAM技术设计了可升级和扩展的变形镜控制模块。最后将该算法实现并应用到61单元自适应光学激光实验中,结果表明本文的设计可使用不同的性能指标实现变形镜的SPGD算法闭环控制,并能同时完成倾斜镜的控制,达到了实时性和灵活性的要求。 展开更多

关键词 自适应光学 SPGD算法 FPGA 变形镜

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基于Zernike模式的随机并行梯度下降算法的收敛速率 被引量：6

2

作者 王卫兵 赵帅 +1 位作者 郭劲 王挺峰 《中国光学》 EI CAS 2012年第4期407-415,共9页

为了加快控制变形镜进行波前整形的随机并行梯度下降(SPGD)算法的收敛速率,提高实时波前整形能力,本文利用由12阶Zernike多项式构成的畸变波前和32单元变形镜建立了仿真模型。基于Zernike多项式的单位正交性,得到了两个常数矩阵,当斯特... 为了加快控制变形镜进行波前整形的随机并行梯度下降(SPGD)算法的收敛速率,提高实时波前整形能力,本文利用由12阶Zernike多项式构成的畸变波前和32单元变形镜建立了仿真模型。基于Zernike多项式的单位正交性,得到了两个常数矩阵,当斯特列尔比(SR)达到0.8时,需要算法迭代660次,简化了算法的运算过程,加快了算法运行时间。通过Matlab7.8.0对6种SPGD算法进行仿真对比,结果显示:当SR要求不高时,可使用间接固定双边SPGD算法来提高收敛速度;当SR要求较高时,则应当使用间接自动双边SPGD算法。提出的算法为实际的激光整形提供了理论指导。 展开更多

关键词 波前整形系统 随机并行梯度下降算法 仿真 ZERNIKE多项式 变形镜

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随机并行梯度下降算法在激光束整形中的应用 被引量：7

3

作者 刘磊 郭劲 +3 位作者 赵帅 姜振华 孙涛 王挺峰 《中国光学》 EI CAS 2014年第2期260-266,共7页

为了满足高光束质量要求,校正激光束在传输过程中产生的波前畸变,改善激光位相分布,进而提高聚焦光斑的能量集中度,基于79单元微机械薄膜变形镜(MMDM)搭建了一套激光束整形实验系统。利用随机并行梯度下降(SPGD)算法,分别选择聚焦光斑... 为了满足高光束质量要求,校正激光束在传输过程中产生的波前畸变,改善激光位相分布,进而提高聚焦光斑的能量集中度,基于79单元微机械薄膜变形镜(MMDM)搭建了一套激光束整形实验系统。利用随机并行梯度下降(SPGD)算法,分别选择聚焦光斑半径、形心为中心的环围能量比和质心为中心的环围能量比作为算法性能指标,开展了激光束整形实验研究。3种情况下,分别经过58次、197次、133次迭代趋于收敛,但光斑半径作为性能指标时振荡严重;环围能量比从整形前的0.200 5、0.127 7、0.200 5分别增加到整形后的0.669 9、0.733 9、0.864 0。实验结果表明:MMDM用于激光束整形具有良好的效果,光斑半径作为性能指标整形速度最快,其次为质心环围能量比,形心环围能量比最慢;质心环围能量比作为性能指标整形效果最好,其次为形心环围能量比,光斑半径最差。综合比较,质心环围能量比作为性能指标时综合效果最好。 展开更多

关键词 随机并行梯度下降算法 激光束整形 微机械薄膜变形镜 性能指标

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基于并行梯度下降算法模拟高功率固体激光装置的相干合成(英文) 被引量：2

4

作者 杨雨川 罗晖 +4 位作者 李富全 王逍 黄小军 冯斌 景峰 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期875-880,共6页

多路光的相干合成是高功率固体激光装置的关键技术之一。基于合成模型,对4组tilt/tip-piston镜采用并行梯度算法,通过模拟计算实现了光束间的位相锁定和相干合成。结果表明有限次算法迭代次数内,相干合成时远场焦斑10μm半径范围内的强... 多路光的相干合成是高功率固体激光装置的关键技术之一。基于合成模型,对4组tilt/tip-piston镜采用并行梯度算法,通过模拟计算实现了光束间的位相锁定和相干合成。结果表明有限次算法迭代次数内,相干合成时远场焦斑10μm半径范围内的强度比约为非相干合成时的4倍。基于高频响应驱动器和对应的高速控制算法将有可能实现高功率固体激光装置多路输出光束间的相干合成。 展开更多

关键词 相干合成 光学追迹 衍射计算 高功率固体激光 并行梯度下降算法 tilt/tip-piston镜

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基于单压电变形镜的可控环形焦斑整形 被引量：3

5

作者 马剑强 李艳 +1 位作者 喻奇志 杨宗峰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1322-1329,共8页

为了实现可控环形焦斑的整形,提出了一套基于单压电变形镜的整形方法。首先结合波前衍射理论和随机并行梯度下降算法模拟迭代出环形焦斑整形所需的调制相位,进而利用波前传感器探测光束的波前信息,控制变形镜重构目标光斑对应的调制相位... 为了实现可控环形焦斑的整形,提出了一套基于单压电变形镜的整形方法。首先结合波前衍射理论和随机并行梯度下降算法模拟迭代出环形焦斑整形所需的调制相位,进而利用波前传感器探测光束的波前信息,控制变形镜重构目标光斑对应的调制相位,实现聚焦光斑的整形。搭建了一套基于62单元单压电变形镜的光斑整形实验平台,采用焦平面上的CCD记录远场聚焦光斑。实验结果表明,该方法实现了对不同直径(0.32,0.4,0.6 mm)和宽度(0.05,0.08,0.1mm)环形焦斑的整形,可有效应用于激光束整形。 展开更多

关键词 自适应光学 光束整形 单压电变形镜 泽尼克多项式 随机并行梯度下降算法

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随机并行梯度下降算法性能与变形镜排布规律的关系研究 被引量：2

6

作者 陈惠颖 王卫兵 +1 位作者 王挺峰 郭劲 《中国光学》 EI CAS CSCD 2016年第4期432-438,共7页

对随机并行梯度下降算法(SPGD)性能与不同变形镜排布规律的关系进行了研究。以采用Roddier方法生成的由52项Zernike像差构成的畸变波前为整形对象,对SPGD算法的收敛速率和整形效果与变形镜排布规律(单元数分别为19、21、32、37、45、60... 对随机并行梯度下降算法(SPGD)性能与不同变形镜排布规律的关系进行了研究。以采用Roddier方法生成的由52项Zernike像差构成的畸变波前为整形对象,对SPGD算法的收敛速率和整形效果与变形镜排布规律(单元数分别为19、21、32、37、45、60、61、77、91)之间的关系进行了仿真研究。结果表明:从整体分析,随着变形镜单元数逐渐增多,SPGD算法的收敛速率和整形效果均逐渐变差;从局部分析,由于变形镜元胞类型变化和边缘占空比的影响,在渐变规律中产生了局部差异。 展开更多

关键词 波前整形 随机并行梯度下降算法 变形镜

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基于SPGD算法的激光大气传输湍流效应校正的初步研究 被引量：4

7

作者 范玲 乔春红 +2 位作者 冯晓星 马慧敏 范承玉 《大气与环境光学学报》 CAS 2009年第3期183-189,共7页

随机并行梯度下降算法(SPGD)是近年来广泛发展的一种无模型优化控制算法,它具有速度快、无需信标光等优点,得以运用于自适应光学系统中。利用相位屏法数值模拟激光大气传输过程,以61单元变形镜为校正器,采用SPGD算法对激光大气传输湍流... 随机并行梯度下降算法(SPGD)是近年来广泛发展的一种无模型优化控制算法,它具有速度快、无需信标光等优点,得以运用于自适应光学系统中。利用相位屏法数值模拟激光大气传输过程,以61单元变形镜为校正器,采用SPGD算法对激光大气传输湍流效应进行了初步校正研究,研究表明:SPGD算法可以用在自适应光学系统中用于校正激光大气传输湍流效应引起的畸变,且不同参数如扰动幅度值、增益系数的选取对校正效果有一定影响,文中给出了不同传输情况下的仿真计算结果。 展开更多

关键词 自适应光学 随机并行梯度下降算法 变形镜

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一种新线性搜索下的共轭梯度法

8

作者 赵银明 《太原师范学院学报（自然科学版）》 2008年第2期13-15,18,共4页

文章给出了一种新的非精确线性搜索下的共轭梯度法,说明了在新线性搜索下每次迭代能够产生下降方向.证明了新线搜索下FR共轭梯度算法的全局收敛性.

关键词 共轭梯度法 非精确线性搜索 下降方向

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正支共焦非稳腔的自动准直调整实验研究 被引量：3

9

作者 尹新华 梁永辉 +1 位作者 谢文科 于起峰 《光学与光电技术》 2009年第2期86-89,共4页

谐振腔的自动准直调整技术是实现高能激光器系统自动化的关键技术之一。在对正支共焦非稳腔自动准直调整方法的研究基础上,应用基于系统性能评价函数无模型最优化的随机并行梯度下降(SPGD)控制算法实现腔的自动准直调整。实验结果表明... 谐振腔的自动准直调整技术是实现高能激光器系统自动化的关键技术之一。在对正支共焦非稳腔自动准直调整方法的研究基础上,应用基于系统性能评价函数无模型最优化的随机并行梯度下降(SPGD)控制算法实现腔的自动准直调整。实验结果表明该方法可实现腔镜的闭环控制准直调整,其调腔共轴精度在一定程度上高于传统的人工调腔精度。 展开更多

关键词 正支共焦非稳腔 腔镜失调 随机并行梯度下降算法 环围功率 自动准直调整

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求解Sylvester问题的梯度镜面下降算法 被引量：1

10

作者 董榕恩 杨娅 胡清洁 《桂林电子科技大学学报》 2018年第6期500-504,共5页

针对Sylvester问题,基于对数指数光滑方法,提出了一种求解Sylvester问题的梯度镜面下降算法,并给出了该算法的收敛速度分析。数值结果表明,梯度镜面下降算法求解Sylvester问题是有效的。

关键词 Sylvester问题 对数指数光滑方法 梯度镜面下降算法

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基于梯度下降算法的初级球差校正

11

作者 单晓磊 吴志勇 王芳 《半导体光电》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期358-362,共5页

固体激光器在实际工作过程中会因腔镜热变形而产生球差效应,使激光的光强分布发生变化、聚焦能力下降、光束质量变差,因此需要校正。基于这一目的,利用梯度下降算法进行了初级球差的校正仿真。首先,建立了初级球差和变形镜模型,变形镜... 固体激光器在实际工作过程中会因腔镜热变形而产生球差效应,使激光的光强分布发生变化、聚焦能力下降、光束质量变差,因此需要校正。基于这一目的,利用梯度下降算法进行了初级球差的校正仿真。首先,建立了初级球差和变形镜模型,变形镜模型针对初级球差选取分立式环形阵列,镜面利用率高。然后,设计出算法的具体实现过程,算法以变形镜单元的位移量为控制对象,以离散化的各部分球差的方差为性能指标。最后,仿真并给出了性能指标与迭代次数的关系、校正后的球差等结果,结果显示达到了预期的校正效果。 展开更多

关键词 梯度下降算法 初级球差 变形镜 校正 仿真

原文传递

自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法仿真与分析 被引量：52

12

作者 杨慧珍 李新阳 姜文汉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期1355-1360,共6页

随机并行梯度下降算法能不依赖波前传感器直接对系统性能进行优化。以32单元变形镜为校正器,采用随机并行梯度下降算法建立了自适应光学系统仿真模型。通过分析该系统对静态波前畸变的校正能力,验证了随机并行梯度下降算法的收敛性;讨... 随机并行梯度下降算法能不依赖波前传感器直接对系统性能进行优化。以32单元变形镜为校正器,采用随机并行梯度下降算法建立了自适应光学系统仿真模型。通过分析该系统对静态波前畸变的校正能力,验证了随机并行梯度下降算法的收敛性;讨论了算法增益系数、随机扰动幅度与收敛速度的关系,并指出通过算法增益系数的自适应调整可以改进算法的收敛速度。 展开更多

关键词 自适应光学 随机并行梯度下降算法 数值仿真 变形镜 收敛

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基于并行梯度下降算法的自适应任意口径光束整形 被引量：7

13

作者 蒋鹏志 马浩统 +2 位作者 袁凌峰 邹永超 杜少军 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期37-41,共5页

为了提高激光系统的整体效率,需要输出激光具有特定的光强分布。基于并行梯度下降(SPGD)算法的自适应光束整形方法凭借其良好的适用性得到了迅速发展,然而其整形效果较大程度地受到目标光束尺寸的影响。提出一种新的光束整形方法:采用S... 为了提高激光系统的整体效率,需要输出激光具有特定的光强分布。基于并行梯度下降(SPGD)算法的自适应光束整形方法凭借其良好的适用性得到了迅速发展,然而其整形效果较大程度地受到目标光束尺寸的影响。提出一种新的光束整形方法:采用SPGD算法对入射光束进行近场整形后通过控制4f系统得到需要口径的光强分布。研究了理想高斯光束和含静态像差高斯光束的光束整形效果,同时对其光束口径的可控性进行了模拟分析。研究结果表明,设计的整形系统可以有效地实现有无波前畸变的入射光束的任意口径光束整形,具有更好的适应性和实用性。 展开更多

关键词 自适应光学 光束整形 并行梯度下降算法 变形镜

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基于随机并行梯度下降算法的多级波前校正技术 被引量：9

14

作者 王三宏 梁永辉 +2 位作者 龙学军 于起峰 谢文科 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期1091-1096,共6页

为提高基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的高分辨率自适应光学(AO)系统的有效校正带宽,提出了分级SPGD波前校正的方法。在每一级SPGD波前校正中,将高分辨率波前校正器的控制单元按位置分成多组,每一组都施加相同的控制电压作为一个控制... 为提高基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的高分辨率自适应光学(AO)系统的有效校正带宽,提出了分级SPGD波前校正的方法。在每一级SPGD波前校正中,将高分辨率波前校正器的控制单元按位置分成多组,每一组都施加相同的控制电压作为一个控制变量。采用的校正级越高,独立的控制变量的数目也越多。多级SPGD自适应光学系统按从低到高的等级顺序对畸变波前进行校正。以一个具有16×16控制单元的分立活塞式波前校正器为基础建立了基于3级SPGD波前校正的自适应光学系统的数值模型,并针对大气湍流引起的某一帧随机相位屏做了模拟校正实验。结果表明采用分级波前校正后收敛速度提高了23%,此方法确实提高了基于随机并行梯度下降算法的自适应光学系统的有效校正带宽。 展开更多

关键词 自适应光学 随机并行梯度下降算法 多级波前校正 高分辨率波前校正器 有效校正带宽

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基于随机并行梯度下降算法的望远镜静态像差校正 被引量：2

15

作者 亓波 陈洪斌 +3 位作者 任戈 边疆 张彩 刘琼 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2012年第8期147-152,共6页

为校正大口径量子通信望远镜的静态像差,提高接收信号光的能量集中度,提出了基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的静态像差校正方法。该方法不同于经典的自适应光学校正方法,无需波前传感器,可有效降低系统的复杂性。对SPGD算法进行了分析... 为校正大口径量子通信望远镜的静态像差,提高接收信号光的能量集中度,提出了基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的静态像差校正方法。该方法不同于经典的自适应光学校正方法,无需波前传感器,可有效降低系统的复杂性。对SPGD算法进行了分析,在此基础上利用64单元变形镜和CCD探测器搭建了校正平台,并将该校正平台应用到青海湖量子通信地面站望远镜系统,对700mm望远镜的静态像差进行了校正,远场光斑直径由校正前的58μm改善为30μm,验证了SPGD算法对望远镜波前畸变校正的可行性。 展开更多

关键词 光学设计 量子通信 波前校正 随机并行梯度下降算法 变形镜

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随机并行梯度下降算法用于次镜校准的仿真研究 被引量：4

16

作者 韩杏子 俞信 董冰 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2010年第4期107-112,共6页

将随机并行梯度下降(SPGD)算法应用于共轴三镜系统次镜,无需进行误差测量,可直接通过调节次镜的6个自由度,寻求评价函数的最优值,从而简化了次镜的校准。分析了影响随机并行梯度下降算法校正速度的主要因素,并对其进行优化。仿真计算结... 将随机并行梯度下降(SPGD)算法应用于共轴三镜系统次镜,无需进行误差测量,可直接通过调节次镜的6个自由度,寻求评价函数的最优值,从而简化了次镜的校准。分析了影响随机并行梯度下降算法校正速度的主要因素,并对其进行优化。仿真计算结果表明,在各参量选取合适的情况下,系统峰谷值及均方根显著改善,从而验证了SPGD算法用于校准次镜的可能性。 展开更多

关键词 自适应光学 次镜校正 随机并行梯度下降算法

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一种大视场望远镜误差校正方法的研究

17

作者 周龙峰 张昂 +1 位作者 张俊波 鲜浩 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期95-102,共8页

基于两镜反射式望远镜系统,以主镜为基准,分析了当非球面次镜由于偏心、倾斜、主次镜间距产生变化时对望远镜系统波前像差的影响。根据理论分析,提出了一种望远镜系统误差校正的方法。该方法先后以轴上视场光斑的半径和全视场光斑的平... 基于两镜反射式望远镜系统,以主镜为基准,分析了当非球面次镜由于偏心、倾斜、主次镜间距产生变化时对望远镜系统波前像差的影响。根据理论分析,提出了一种望远镜系统误差校正的方法。该方法先后以轴上视场光斑的半径和全视场光斑的平均半径作为成像质量的评价指标,利用随机并行梯度下降算法对次镜的位置进行调整,最终使全视场光斑半径的平均值收敛到极值,即认为成像质量达到最佳。针对里奇-克列基昂(R-C)结构望远镜系统进行了仿真分析。结果表明,次镜位置调整后能够使视场内所探测的光斑半径的平均值收敛到极值。该方法使望远镜系统误差的校正具有外在标准,能够使望远镜在观测过程中进行校正。 展开更多

关键词 成像系统 两镜反射式望远镜 次镜 平均半径 随机并行梯度下降算法

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一种快速收敛的随机并行梯度下降算法 被引量：6

18

作者 胡栋挺 申文 +9 位作者 马文超 刘新宇 苏宙平 朱华新 张秀梅 阙立志 朱卓伟 张逸新 陈国庆 胡立发 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2019年第12期173-179,共7页

理论模拟仿真了基于变形镜与随机并行梯度下降(SPGD)算法的无波前探测自适应光学系统(AOS)。为提高基于SPGD算法的无波前探测AOS的收敛速度,在不降低精度的前提下,对SPGD算法中关键参数随机扰动幅值和增益系数的关系进行了优化。实验发... 理论模拟仿真了基于变形镜与随机并行梯度下降(SPGD)算法的无波前探测自适应光学系统(AOS)。为提高基于SPGD算法的无波前探测AOS的收敛速度,在不降低精度的前提下,对SPGD算法中关键参数随机扰动幅值和增益系数的关系进行了优化。实验发现,AOS存在参数优选区域,且与初始畸变大小有关。进行了理论验证并与模拟退火算法进行了比较,结果表明,SPGD算法收敛精度比模拟退火算法高6.32%,具有更好的收敛速度。 展开更多

关键词 自适应光学 随机并行梯度下降算法 波前校正 变形镜

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基于随机并行梯度下降算法的大口径薄膜拼接镜失调误差校正 被引量：4

19

作者 赵璐佳 朱里程 +2 位作者 文良华 杨平 胡诗杰 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2020年第19期294-302,共9页

为了实现大口径拼接薄膜镜失调误差在线校正,建立了由5块子镜组成的菲涅耳波带片拼接成像模型,分析了光学系统的点扩展函数(PSF)和调制传递函数(MTF)与失调误差的关系,并采用随机并行梯度下降算法(SPGD)对失调误差进行在线校正仿真。为... 为了实现大口径拼接薄膜镜失调误差在线校正,建立了由5块子镜组成的菲涅耳波带片拼接成像模型,分析了光学系统的点扩展函数(PSF)和调制传递函数(MTF)与失调误差的关系,并采用随机并行梯度下降算法(SPGD)对失调误差进行在线校正仿真。为了验证所提算法的性能,选取远场光强平方和、远场光斑等效半径、桶中功率、MTF积分和光强二阶矩5个性能评价函数作为优化指标,对失调误差进行盲优化校正,并比较了上述评价指标的收敛速度和精度。100组随机误差的校正结果表明上述指标均能收敛,优化后的波前残差方均根(RMS)均小于0.13λ,斯特列尔比(SR)均大于0.96,其中MTF积分和光强二阶矩指标的收敛速度最快,远场光斑等效半径指标的精度最优。 展开更多

关键词 薄膜 拼接镜 拼接失调误差 随机并行梯度下降算法 优化指标

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基于混合优化算法的分块镜共相位误差校正 被引量：4

20

作者 孙雪 董冰 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期104-110,共7页

对采用分块拼接式主镜的大口径空间望远镜,有必要研究适合在轨应用的共相位误差校正方法。以像清晰度函数作为评价函数,通过仿真分析了单色光和白光照明2种情况下分块镜共相位误差与评价函数的变化关系。仿真结果表明:采用单色光照明时... 对采用分块拼接式主镜的大口径空间望远镜,有必要研究适合在轨应用的共相位误差校正方法。以像清晰度函数作为评价函数,通过仿真分析了单色光和白光照明2种情况下分块镜共相位误差与评价函数的变化关系。仿真结果表明:采用单色光照明时,分块镜平移误差校正的动态范围小于0.5λ;采用白光照明时,评价函数存在局部极值,必须采用全局最优化算法。仿真结果表明,当平移误差大于0.5λ时,采用随机并行梯度下降(SPGD)算法易陷入局部极值,而采用遗传算法(GA)可以搜索到全局最优解,但迭代速度较慢。提出了采用基于SPGD算法和遗传算法的混合优化算法校正分块镜共相位误差。当平移误差在[-λ,+λ]范围内时,混合优化算法的校正精度可优于10 nm。 展开更多

关键词 成像系统 自适应光学 分块镜 共相位误差 混合优化算法 随机并行梯度下降 遗传算法

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