目录
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
2.5 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
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
8.1.2 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 和的统计相关性 102
9.2.2 Zernike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
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