[發(fā)明專利]一種自適應光學模擬動態(tài)波前校正裝置及其校正方法

有效

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• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN109932817B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設計）人: 柯熙政;張丹玉
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02F1/01;G01J9/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 燕肇琪

本發(fā)明公開了一種自適應光學模擬動態(tài)波前校正裝置，包括接收天線，接收天線沿光路依次設置有準直鏡、擴束系統(tǒng)和分光棱鏡，分光棱鏡沿反射光路設置有波前校正器，分光棱鏡沿折射光路依次設置有縮束系統(tǒng)和波前傳感器，波前校正器連接有計算機，本發(fā)明一種自適應光學模擬動態(tài)波前校正裝置的校正方法，具有適用實用性高的特點。

技術領域

本發(fā)明屬于無線激光通信技術領域，涉及一種自適應光學模擬動態(tài)波前校正裝置，本發(fā)明還涉及采用上述裝置的一種自適應光學模擬動態(tài)波前的校正方法。

背景技術

自適應光學是通過對動態(tài)波前誤差的實時探測，控制和校正，使光學系統(tǒng)能夠自動克服外界擾動，保持系統(tǒng)良好性能，自適應光學系統(tǒng)主要由波前傳感器、波前控制器和波前校正器構成，其中，自適應光學系統(tǒng)中控制算法的優(yōu)劣對系統(tǒng)性能有很大影響。

針對波前測量的自適應光學系統(tǒng)，常用的控制方法為PI控制方法，該控制器具有對階躍響應穩(wěn)態(tài)無靜差的優(yōu)點，可以滿足跟蹤的要求，具體參數(shù)根據(jù)實驗的實際情況進行修改；除此之外還有純積分控制算法，史密斯(Smith)控制算法等，但這些算法仿真需建立精準的數(shù)學模型，實際應用中控制參數(shù)的設計和調整相對復雜，同時需要兼顧大氣湍流強度，探測器噪聲大小等工作環(huán)境的改變，對外界環(huán)境不具有自適應性；因此，隨后又提出了自適應控制算法，雅可比迭代算法等多種算法進行波前校正，由于這些算法的復雜性，實時計算量大，對實驗器件和系統(tǒng)有較高要求，因此實用性差，在實際系統(tǒng)中未能大范圍使用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種自適應光學模擬動態(tài)波前校正裝置，具有實用性高的特點。

本發(fā)明的另一個發(fā)明目的是提供上述一種自適應光學模擬動態(tài)波前的校正方法。

本發(fā)明所采用的技術方案是，一種自適應光學模擬動態(tài)波前校正裝置，其特征在于，包括接收天線，接收天線沿光路依次設置有準直鏡、擴束系統(tǒng)和分光棱鏡，分光棱鏡沿反射光路設置有波前校正器，分光棱鏡沿折射光路依次設置有縮束系統(tǒng)和波前傳感器，波前校正器連接有計算機。

本發(fā)明的特點還在于：

擴束系統(tǒng)包括平凸透鏡L1和凸平透鏡L2，所平凸述透鏡L1和凸平透鏡L2同軸設置，平凸透鏡L1的直徑尺寸小于凸平透鏡L2，平凸透鏡L1位于靠近接受天線處。

縮束系統(tǒng)包括平凸透鏡L3和凸平透鏡L4，平凸透鏡L3和凸平透鏡L4同軸設置，平凸透鏡L3的直徑尺寸大于凸平透鏡L4，平凸透鏡L3位于靠近分光棱鏡處。

波前校正器由變形鏡和變形鏡控制箱組成。

本發(fā)明所采用另一種的技術方案是，一種自適應光學模擬動態(tài)波前的校正方法，基于上的一種自適應光學模擬動態(tài)波前校正裝置進行校正，具體按照以下步驟實施：

步驟1、接收天線接收動態(tài)畸變波前后，輸出動態(tài)畸變波前，接收天線輸出的動態(tài)畸變波前依次穿過準直鏡、擴束系統(tǒng)和分光棱鏡后，分光棱鏡反射動態(tài)畸變波穿過前波前校正器輸入至計算機中；分光棱鏡折射的動態(tài)畸變波穿過縮束系統(tǒng)傳至波前傳感器；

步驟2、通過計算機采用ACE軟件進行波前傳感器和波前校正器的標定，利用波前傳感器采集的數(shù)據(jù)，建立控制電壓和測量波前澤尼克(Zernike)系數(shù)的影響函數(shù)矩陣；

隨機設定波前的一組參考Zernike系數(shù)值，指定優(yōu)化參數(shù)值以及波前校正器的初始電壓值；

步驟3、利用步驟2得到的控制電壓和測量波前澤尼克(Zernike)系數(shù)的影響函數(shù)矩陣、參考Zernike系數(shù)值、優(yōu)化參數(shù)值、波前校正器的初始電壓值和當前波前傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過迭代算法更新波前校正器的控制電壓；

步驟4、將更新后的控制電壓信號加載到變形鏡的各個驅動上；