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第一篇 综述及基本理论介绍3

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

2.5 SPGD算法收敛性分析26

2.6 SPGD算法收敛速度分析27

2.7 SPGD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35

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

3.5 SPGD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

6.1 SPGD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|J＋ -J-|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89

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

8.1.2 Zernike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

8.2.1 32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 δm（x， y）和φ（x，y）的统计相关性102

9.2.2 Zemike模式法优化随机扰动电压103

9.3 Zernike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

12.1 H 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135

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

17.2.3 SPGD算法平台172

17.3 仿真结果与分析173

17.3.1 SPGD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

18.2.2 SPGD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

19.2.2 SPGD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