[發明專利]一種無波前探測自適應光學系統及其快速無模型控制方法

有效

• 申請號: 201910036132.2
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109870800B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 蘇秀琴;王凱迪;郝偉;李哲;張占鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所;中國科學院大學
• 主分類號: G02B26/00
• 分類號: G02B26/00;G02F1/00;G05B17/02;G06F30/20
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

1.一種無波前探測自適應光學系統的快速無模型控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、構建無波前探測自適應光學系統的Hadamard矩陣，將湍流Zernike多項式系數向量初始值設置為零向量；

步驟S1中，構建無波前探測自適應光學系統的Hadamard矩陣的方法為：

設無波前探測自適應光學系統需要校正前N項湍流Zernike多項式對應的波前像差，Hadamard矩陣的維數為M，如果為整數集，則M＝N，否則M的值為大于N的最小的2的整數次冪，M維的Hadamard矩陣H_M采用以下公式構建：

S2、利用Hadamard矩陣和非Kolmogorov湍流統計規律生成湍流Zernike多項式系數擾動向量；

步驟S2具體為：由非Kolmogorov湍流統計規律生成湍流Zernike多項式系數擾動幅度，結合Hadamard矩陣的第[1+(k-1)mod M]個列向量生成湍流Zernike多項式系數擾動向量，其中mod表示取余運算，k為迭代次數；

其具體步驟如下：

A、如果上一次迭代獲得的圖像灰度方差F^(k-1)小于預設閾值二β₂，則當前次迭代中湍流Zernike多項式系數擾動幅度的第i個分量根據非Kolmogorov湍流統計特性確定，其值為

其中α是大氣湍流譜冪率，π是圓周率，D是接收孔徑的直徑，r₀是大氣相干長度，n_i是第i項湍流Zernike多項式的徑向頻率數，其他函數的定義如下：

其中s、t分別為數學符號；

如果上一次迭代獲得的圖像灰度方差F^(k-1)大于或等于β₂，則當前次迭代中湍流Zernike多項式系數擾動幅度的前N個分量都設置為同一個預設的常數δ，即

B、將Hadamard矩陣的第[1+(k-1)mod M]個列向量和擾動幅度的乘積作為當前迭代中湍流Zernike多項式系數擾動向量計算其第i個分量的數學表達式為：

其中，h_{i[1+(k-1)modM]}是Hadamard矩陣第i行第[1+(k-1)mod M]列元素的值；

S3、將當前獲得的湍流Zernike多項式系數擾動向量分別正向和反向疊加在前一次迭代得到的湍流Zernike多項式系數向量上，并分別將其換算為變形鏡控制電壓向量；

步驟S3具體為：

A、將當前迭代得到的湍流Zernike多項式系數擾動向量正向疊加在前一次迭代得到的湍流Zernike多項式系數向量上，得到的湍流Zernike多項式系數向量記作數學表達式為：

B、將湍流Zernike多項式系數向量換算為變形鏡控制電壓向量轉換公式為：

其中C_U是驅動器影響函數耦合矩陣，C_ZU是驅動器影響函數與湍流Zernike多項式間的相互關系矩陣，可事先計算；

C、將當前迭代得到的湍流Zernike多項式系數擾動向量反向疊加在前一次迭代得到的湍流Zernike多項式系數向量上，得到的湍流Zernike多項式系數向量記作數學表達式為：

D、將湍流Zernike多項式系數向量換算為變形鏡控制電壓向量轉換公式為：

S4、將獲得的兩組控制電壓施加在變形鏡的各驅動單元上，分別計算兩組控制電壓作用下所獲圖像的圖像質量評價函數值；

S5、根據當前獲得的湍流Zernike多項式系數擾動向量和兩組圖像質量評價函數值更新湍流Zernike多項式系數向量；

S6、將更新后的湍流Zernike多項式系數向量轉化為電壓向量，施加在變形鏡的各驅動器單元上，當算法滿足迭代結束條件時，控制過程完成，從而實現對波前像差的校正；否則進入步驟S2，繼續迭代。

2.根據權利要求1所述的無波前探測自適應光學系統的快速無模型控制方法，其特征在于：所述的圖像質量評價函數值為圖像的灰度方差。