[發明專利]一種用于提高水平激光通信SPGD算法校正精度的方法

有效

• 申請號: 202210065199.0
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114721145B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 曹召良;陳梅蕊;杜瑩;毛紅敏;彭建濤
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;H04B10/50;H04B10/61
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹毅

本發明是一種用于提高水平激光通信SPGD算法校正精度的方法，首先利用環圍能量法使能量集中到選定的圓域內，然后利用平均半徑法使圓域內半徑相同的位置能量也近似一致，從而消除能量分布不均勻和局部能量突起，這樣可以實現能量的集中且均勻分布，形成類似高斯分布的能量分布形式，從而提升SPGD算法的校正精度。本發明同時對區域光強及能量分布進行控制，提高了SPGD算法的校正精度，同時也提升了SPGD算法校正結果的穩定性。

技術領域

本發明涉及激光通信技術領域，具體涉及一種用于提高水平激光通信SPGD算法校正精度的方法。

背景技術

空間激光通信是以激光束為載波，在空間中進行光信號的傳遞。激光信號在空間傳輸時，由于受到大氣湍流等因素的影響而產生波前畸變。該波前畸變會導致光的傳播方向發生改變，降低接收端的光功率，嚴重影響遠場光斑質心的位置及其強度分布。

自適應光學技術可以實時校正由大氣湍流引起的光學波前畸變，從而恢復空間光通信系統的通信能力。自適應光學技術包括傳統自適應光學系統和無波前傳感器自適應光學技術。傳統自適應光學系統采用波前傳感器探測波前畸變相位信息，由波前處理機根據波前相位信息重構出波前，再使用波前校正器校正波前畸變。這種方法需要使用波前傳感器，波前處理機、波前校正器來實現，結構復雜、體積龐大。在大氣激光通信中，光波穿過的路徑上湍流較強或傳輸距離較長時，閃爍現象導致哈特曼波前傳感器的波前測量困難，致使依賴波前測量的常規自適應光學系統不能正常工作。而無波前傳感器自適應光學技術不采用哈特曼探測器進行畸變信息探測，只需利用成像探測器獲得的像質信息建立系統像質評價函數，對校正器進行迭代優化，從而實現強湍流的校正。在無波前傳感器自適應光學系統中，隨機并行梯度下降算法(SPGD)是一種常用的控制校正算法，具有實現容易，所有控制回路并行計算的特點。其首先采集有畸變時光斑的光強分布信息，根據公式計算光斑的性能指標，再通過算法處理產生相應的相位校正控制信號，然后根據控制信號控制變形鏡進行畸變校正。

SPGD算法以性能指標為優化目標，通過性能指標的變化確定校正精度和是否終止校正。性能指標的選取尤為關鍵，不同的性能指標對校正精度和收斂速度的影響非常明顯。目前常用的性能指標參數有：平均半徑、光強峰值、成像清晰度和環圍能量。實際激光通信過程中，受到大氣信道的光吸收效應，到達接收端的能量會不斷變化，一般采用環圍能量和平均半徑作為性能指標。環圍能量是對一定圓域內的光強進行積分得到區域總能量，當其達到最大值時，認為此時入射光為平面波，即實現了波前畸變的校正。平均半徑是對成像靶面上不同位置處的半徑和光強的乘積進行積分，從而獲得其彌散斑平均半徑，當其到達最小值時，光斑變小，同時光斑能量在半徑相同的位置分布均勻，即認為系統像差最小，實現了畸變的校正。

但是，環圍能量法的缺點為：對于激光通信而言，接收到的光可以認為是點目標發出的，其理想像面應該是艾里斑，光強分布服從高斯分布；因此，在水平激光通信中，不僅要使得區域光強達到最大值，還要使得其光強分布接近高斯分布，這樣才能夠實現高精度校正，保持高質量激光通信；環圍能量法僅能夠判斷區域總光強是否達到極值，無法判斷區域內光強分布是否合理，導致校正精度低；此外，不同的環圍半徑校正精度差異較大；環圍半徑選擇不當，會導致性能指標達到極值時，校正后仍存在較大殘余像差；因此，其僅能夠實現大氣湍流的部分校正，從而使通信性能受限。

平均半徑法的缺點為：其是以控制彌散斑的平均半徑為目標，雖然能夠使光斑能量分布均勻，光斑的質心更靠近理想位置，但其受SPGD算法中隨機擾動的影響較大，收斂穩定性差，且校正后殘余像差起伏較大，存在大殘余像差的情況，導致校正精度低。