[發明專利]激光內通道熱效應影響下光傳輸仿真參數校準方法與裝置

有效

• 申請號: 202211305091.0
• 申請日: 2022-10-24
• 公開（公告）號: CN115374712B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 武春風;龐中昊;李強;姜永亮;胡黎明;韓西萌;李丹妮;童曌;呂亮;胡金萌
• 申請（專利權）人: 中國航天三江集團有限公司
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/28;G06N3/0464;G06N3/08;G06F113/08;G06F119/08
• 代理公司: 武漢卓越志誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 何京晶

本發明提供了一種激光內通道熱效應影響下光傳輸仿真參數校準方法與裝置。該校準方法包括進行激光內通道熱效應影響下的光傳輸仿真，得到預設工況條件下的全光鏈路各時刻光束波前Zernike系數數組；再構建并訓練神經網絡模型，將測試得到的仿真數據和待校準的仿真參數分別作為神經網絡模型訓練數據的輸入部分和輸出部分，建立仿真數據與仿真參數之間的映射關系，該仿真數據包括預設工況條件下的工況參數以及全光鏈路各時刻光束波前Zernike系數數組；然后利用校準裝置搭建試驗光路，采集試驗數據并輸入訓練完成的神經網絡模型中，根據其輸出結果即可實現激光內通道熱效應影響下光傳輸仿真參數的校準，以提高仿真結果的可靠性。

技術領域

本發明涉及激光熱效應仿真計算技術領域，尤其涉及一種激光內通道熱效應影響下光傳輸仿真參數校準方法與裝置。

背景技術

激光系統內光路熱效應是影響光束質量的重要因素。在內通道光機系統中，氣體被激光加熱產生熱效應、光學元件受光輻照產生熱量、形變以及材料折射率變化等都是內光路熱效應產生的重要原因。隨著光束輸出功率不斷提升，內光路密閉空間中氣體及元件散熱有限，導致熱量在光傳輸的方向不斷堆積，內通道熱效應這一問題已成為制約光學性能提升的瓶頸之一，對激光內通道熱效應影響下的光傳輸仿真也迫在眉睫。

激光內通道熱效應影響下的光傳輸仿真涉及光、機、熱、力、流等多物理場間的耦合計算，是一種復雜的物理過程。基于此，在進行激光內通道熱效應影響下的光傳輸仿真時，需要提前設定大量仿真參數，再基于這些仿真參數進行光傳輸仿真，最終得到的仿真結果與仿真參數的設定值密切相關。而當前仍缺乏針對激光內通道熱效應影響下光傳輸仿真參數校準方法，設定的仿真參數大多存在一定誤差，導致最終得到的仿真結果不夠準確。

有鑒于此，有必要設計一種激光內通道熱效應影響下光傳輸仿真參數校準方法與裝置，以解決上述問題。

發明內容

針對上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種激光內通道熱效應影響下光傳輸仿真參數校準方法與裝置。本發明通過構建機器學習方法中的神經網絡模型，將試驗可直接測得的工況參數及該工況參數對應的工況條件下的全光鏈路光束波前Zernike系數數組作為神經網絡模型訓練數據的輸入部分，并將仿真過程中需要提前設定的仿真參數作為神經網絡模型訓練數據的輸出部分，建立試驗可測的仿真數據與提前設定的仿真參數之間的映射關系；并結合相應裝置進行真實激光內通道光傳輸試驗，采集試驗數據并導入已訓練完成的深層神經網絡模型中作為輸入，利用該模型計算輸出各工況條件下準確的仿真參數，以提高仿真結果的可靠性。

為實現上述目的，本發明提供了一種激光內通道熱效應影響下光傳輸仿真參數校準方法，包括如下步驟：

S1、進行激光內通道熱效應影響下的光傳輸仿真，得到預設工況條件下的全光鏈路各時刻光束波前Zernike系數數組；

S2、構建并訓練神經網絡模型，將測試得到的仿真數據和待校準的仿真參數分別作為神經網絡模型訓練數據的輸入部分和輸出部分，建立所述仿真數據與所述仿真參數之間的映射關系；所述仿真數據包括所述預設工況條件下的工況參數以及所述全光鏈路各時刻光束波前Zernike系數數組；

S3、搭建試驗光路，采集試驗數據并輸入已訓練完成的神經網絡模型中，根據所述神經網絡模型的輸出結果校準仿真參數。

作為本發明的進一步改進，在步驟S1中，所述激光內通道熱效應影響下的光傳輸仿真包括如下步驟：

S11、建立瞬態有限元仿真模型，以所述仿真參數作為可變參數，在所述工況參數對應的工況條件下對光機內通道模型進行數值仿真；

S12、根據步驟S11中所述數值仿真得到的仿真結果，計算得到代表鏡面各時刻熱變形的Zernike系數數組、代表透鏡各時刻熱光效應的Zernike系數數組以及代表穿過流場光束的各時刻波前Zernike系數數組；