[發明專利]基于回波散斑的閉環反饋系統評價方法和裝置、光學設備

在審

• 申請號: 201811540560.0
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN111324034A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 李遠洋;劉立生;王挺峰;姜振華;孫濤;于湛;宋紀坤
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明公開一種基于回波散斑的閉環反饋系統評價方法和裝置、光學設備，所述基于回波散斑的閉環反饋系統評價方法包括步驟：通過對擴展目標的回波散斑進行采樣；再通過模糊優化算法對回波散斑反饋因子進行優化，控制發射系統相位項和傾斜項；建立散斑統計特性與聚焦光斑尺寸的單調關系，該方案解決了傳統基于回波PIB能量的反饋方法無法實現擴展目標的閉環校正的問題，實現了校正系統的穩定性與收斂性，可以保證較高的閉環校正帶寬。

技術領域

本發明涉及激光光束控制技術領域，尤其涉及一種基于回波散斑的閉環反饋系統評價方法和裝置、光學設備。

背景技術

自適應光學技術在激光光束傳輸控制中得到廣泛應用，傳統自適應光學需要探測回波光場的相位分布，通過相位共軛原理預補償大氣湍流帶來的像差，但是此類系統光學結構復雜，應用門檻高，且當強湍流導致的回波光閃爍較強時，相位傳感的誤差較大，不適用于大多數高能激光光束控制場合，無波前探測的自適應光學系統作為激光光束控制技術新的發展方向，通過優化算法尋優的方法，實時控制光束，校正大氣湍流產生的相位畸變，無需信標光束，光學結構簡單，可以采用收發分離的光路設計，顯著降低系統設計加工成本。

如專利申請號為CN201810314109.0的發明專利《目標在回路激光相控陣系統及控制方法》中所描述的系統組成為：種子激光與多路激光分別的光程調節器光路連接，各光程調節器分別與相位調制器光路連接，后經放大器光路進入各路激光準直光路，各激光準直鏡進行分光，分光鏡分別與波前相位調制器和光束偏轉模塊部分光路連接，實現光束偏轉控制，系統中采用單點探測器進行桶中功率(Power in the Bucket，簡稱PIB)測量閉環反饋因子，利用PIB測量閉環反饋因子進行反饋的閉環光束控制系統中，控制帶寬能夠顯著提升。

現有技術的缺陷是，在實際大氣湍流環境下，由于大氣湍流會引起較強的激光閃爍效應，激光回波起伏較大，會導致難以獲得穩定的閉環校正因子，使得系統閉環穩定性差，無法對擴展目標上的光斑尺寸進行反饋，此時無論光斑尺寸如何變化，PIB評價因子不隨光斑尺寸變化而變化，導致校正失敗。

發明內容

本發明提供一種基于回波散斑的閉環反饋系統評價方法和裝置，用于克服現有技術中針對在遠距離閉環光束控制系統中，由于存在大氣湍流擾動，擴展目標在閉環反饋系統中，反饋評價因子由于大氣閃爍效應精度較低的問題、甚至擴展目標的閉環反饋評價因子失效的問題，即閉環反饋評價因子取值變化無法與擴展目標建立確定關系的問題，實現校正閉環反饋系統大氣湍流的目的。

為實現上述目的，本發明提出一種基于回波散斑的閉環反饋系統評價方法，包括以下步驟：

步驟S1：通過對擴展目標的波散斑進行采樣，首先可以利用多個單點探測器對擴展目標的回波散斑進行采樣，利用回波散斑統計特性可以獲得比成像系統更高的遠場光斑閉環反饋精度，并且可以顯著提高系統帶寬；再次擴展目標的回波散斑包含了光斑尺度信息，能夠克服PIB反饋因子中對擴展目標失效的問題；最終大氣湍流對回波散斑的統計特征影響遠小于PIB因子，因此可以獲得更好的系統穩定性與收斂特性；

步驟S2：通過模糊優化算法對回波散斑反饋因子進行優化，控制發射系統相位項，是為了擴展目標上的回波散斑包含了光斑尺度信息，能夠克服PIB因子反饋中對擴展目標失效的問題；大氣湍流對回波散斑的統計特征影響遠小于PIB因子，可以獲得更好的系統穩定性與收斂特性，達到校正大氣湍流的目的。

所述模糊優化算法，優選隨機并行梯度下降算法，可以采用爬山法或其他優化式模糊算法實現，是為了對激光子孔徑平均相位平移項與傾斜項進行修正，實時控制目標處子孔徑光場的相干合成；