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基于模式法的畸变波前处理技术研究

发布时间:2019-01-12 10:48
【摘要】:激光在大气信道中传输时不可避免的会受到大气湍流的影响,导致激光的波前相位因大气折射率的起伏产生畸变。自适应光学系统可以有效的补偿大气湍流引起的波前畸变,在地质遥感、地基天文、空间光通信等各个方面已经得到广泛应用。自适应光学技术可以实时探测和校正波前畸变,模式法在分析和重构波前畸变上有着很大的优势,本文主要开展基于模式法的畸变波前处理技术的研究,研究主要目的是在保证波前校正残差小于的λ/4前提下,提高自适应光学系统的闭环控制带宽。本文的主要研究内容为基于Zernike模式法的波前处理器的设计与实现。根据波前处理器的主要任务设计了波前处理器的软件流程,重点对基于Zernike模式法的波前重构与校正算法进行了分析与仿真,最终完成波前处理器的软件编写;设计了波前处理器的硬件电路,完成了电路的调试与验证。本文采用了理论分析、仿真分析、实验验证等多种方式相结合的研究方法,开展了畸变波前处理技术的研究工作。软件上采用模块化设计,对各个子模块都进行相应的理论分析和系统仿真;在理论研究的基础上,本文设计了自适应光学系统的整体方案,通过设计完成的硬件与软件模块,对整个自适应光学系统进行了实验验证。保证硬件电路和软件模块工作正常的情况下,本文搭建了实验平台,对波前校正器的参数进行测定,并将其导入波前处理器,用以完成自适应光学系统的闭环控制;开展了基于Zernike模式法的自适应光学系统的功能和性能验证,验证实验结果表明:基于Zernike模式法的自适应光学系统具有可行性和有效性;论文所设计的自适应光学系统满足研制要求;在实验验证条件下,系统在30 Hz闭环控制带宽下的波前校正残差小于λ/4。
[Abstract]:The wave front phase of the laser is distorted by the fluctuation of atmospheric refractive index due to the influence of atmospheric turbulence when the laser propagates in the atmospheric channel. Adaptive optical system can effectively compensate the wavefront distortion caused by atmospheric turbulence. It has been widely used in geological remote sensing, ground-based astronomy, space optical communication and other fields. Adaptive optics can detect and correct wavefront distortion in real time. Mode method has great advantages in analyzing and reconstructing wavefront distortion. The main purpose of this study is to improve the closed-loop control bandwidth of adaptive optical systems on the premise that the residual error of wavefront correction is less than 位 / 4. The main research content of this paper is the design and implementation of wavefront processor based on Zernike mode method. According to the main tasks of the wavefront processor, the software flow of the wavefront processor is designed, and the analysis and simulation of the wavefront reconstruction and correction algorithm based on the Zernike mode method are emphasized. Finally, the software programming of the wavefront processor is completed. The hardware circuit of wavefront processor is designed, and the circuit is debugged and verified. In this paper, the methods of theoretical analysis, simulation analysis and experimental verification are used to study the distortion wave front processing technology. The modular design is adopted in the software, and the corresponding theoretical analysis and system simulation are carried out for each sub-module. On the basis of theoretical research, the whole scheme of adaptive optics system is designed in this paper. Through the design of hardware and software module, the whole adaptive optics system is verified experimentally. Under the condition that the hardware circuit and software module work normally, the experiment platform is built, the parameters of the wavefront corrector are measured, and it is introduced into the wavefront processor to complete the closed-loop control of the adaptive optical system. The function and performance of adaptive optics system based on Zernike mode method are verified. The experimental results show that the adaptive optics system based on Zernike mode method is feasible and effective. The adaptive optical system designed in this paper meets the development requirements, and the residual error of wavefront correction is less than 位 / 4 at 30 Hz closed-loop control bandwidth under the condition of experimental verification.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN24

【参考文献】

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