[发明专利]一种基于模式分解的自适应光学控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自适应光学控制方法，特别是一种基于模式分解的自适应光学控制方法。

背景技术

自适应光学控制方法是自适应光学实现高精度波前控制的关键，对自适应光学控制方法的研究一直以来都是一个热门的话题。目前对自适应光学控制方法的研究上主要集中在：常规的直接斜率法，模式控制方法，预测控制方法等，每一种控制方法对应着一种控制场景，本发明专注在部分子孔径缺光条件下，以及波前传感器无法探测的外围驱动器的自适应光学控制。

在自适应光学系统缺光模式下的控制，一般考虑的是模式控制方法，因为这种控制方法可以容忍部分子孔径缺光，但是，带来的问题是校正能力的损失。

国内外同行针对上述矛盾的解决方法是：采用局部平均的方法，即对于因缺光而无法控制的驱动器，采样临近驱动器电压求和取平均的方法进行替换，或者是将其置零；

这些做法虽然在一定程度上能够解决缺光问题，但是，可以肯定的是闭环控制效果必然下降，这是因为：一方面，采用局部平均的方法仅参考了周围驱动器电压，而缺光的原因必然导致周围驱动器也误差较大，由此计算获得的平均电压误差也是较大的；另一方面，对于周围驱动器电压均无法参考的情况不能进一步解决。电压置零其误差将更大。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对上述问题困难和矛盾，提供一种高精度的自适应光学控制方法。本方法利用模式方法对部分驱动器电压进行控制，既能保持其他驱动器高精度的闭环，同时能够获得模式闭环的稳定性和精度。

基于模式分解的自适应光学控制方法，由模式分解模块1和驱动器电压替换模块2组成。该方法的工作原理是：模式分解模块1对从自适应光学波前传感器输出的波前分布数据进行模式分解，分解过程采用最小二乘求解法，求取各阶模式的系数A_i，i＝1～N，N为模式阶数，N为大于0的正整数；然后，变形镜驱动器电压M为驱动器总数，M为大于0的正整数，k为采用模式的阶数，F_k为第k阶模式对应的电压分布，V_j为第j个驱动器电压输出。驱动器电压替换模块2判断每个驱动器控制电压V_j在常规控制方法下的电压输出是否需要替换，判断标准为：阈值法(即计算周围临近驱动器电压平均值，如果该驱动器电压绝对值大于平均值的3倍，则认为该驱动器需要进行替换)，或，预先指定(人工指定该驱动器必须进行替换处理)，而后对选中的电压数据进行模式电压替换。

所述的模式分解方法是Zernike模式分解或变形镜本征模式。

所述的各阶模式电压分布，采用理想变形镜影响函数或实测影响函数，通过最小二乘的方法求取，具体求取过程可以描述如下：F_j(n)＝(IFs)^-1*W_i，j＝1～N，n＝1～M其中，F_j(n)为第j阶模式的电压分布，n为变形镜驱动器标号，IFs为变形镜M个影响函数图像分布组成的矩阵(即将大小为K*L的图像变成一维，长度为K*L的数据，再将M个一维的影响函数图像组成一个大矩阵，行为M，列为K*L)，()^-1为矩阵的广义逆，W_j为第j模式的一维图像分布(即将大小为K*L的图像变成行长度为K*L的一维数据)。

所述的常规控制方法下的电压输出是指利用直接斜率法获得的电压。

本发明的原理是：

a、在获得波前传感器波前分布后，自适应光学可以通过模式控制方法进行闭环校正，但是闭环校正效果较直接斜率法差；

b、针对同一个输入波前数据，在模式法的模式阶数足够条件下，模式法与其他控制方法(如直接斜率法)应具有一致的求解结果，当模式阶数较小时，模式法将损失对高阶像差的校正能力，但是获得更好的稳定性和控制波面的连续性；

c、利用模式法的控制特点，对于缺光区域驱动器的控制采用模式法，其他区域采用直接斜率法等高精度控制方法，确保对整个输入波前的完整校正，从而获得高精度的波前控制效果。

本发明与现有技术相比有如下优点：

(1)本发明采用模式法对缺光区域驱动器进行控制，是一种全局求解局部驱动器电压的控制方法，能够减少传统局部求解局部驱动器电压所带来误差，同时提高稳定性；

(2)本发明求解缺光区域驱动器电压过程和直接斜率法等求解电压过程是相互独立的，可以利用多核DSP或者CPU进行并行处理，因此不会造成额外的时间开销；