[发明专利]无波前传感自适应系统及利用该系统提高收敛速度的方法

说明书

本发明公开了一种无波前传感自适应校正系统，包括光源；光源发出的光束经波前校正器校正后，反射校正后的光束至成像探测器进行光斑采集；波前控制器根据采集的实时光斑获取系统性能指标，利用GPU提高随机并行梯度下降算法收敛速度，迭代生成波前校正器的控制信号，实现光束的多次校正。还公开了一种利用无波前传感自适应校正系统提高随机并行梯度下降算法收敛速度的方法。本发明可以提高SPGD算法的收敛速度；同时，使用GPU实现自适应光学系统运行速度加速，成本低，添加设备简单，空间占用率小。

技术领域

本发明属于无线激光通信技术领域，具体涉及一种无波前传感自适应校正系统，还涉及一种利用无波前传感自适应校正系统提高随机并行梯度下降算法收敛速度的方法。

背景技术

随着自适应光学(AO)的发展，无波前传感器的自适应光学技术得到广泛关注。无波前探测的自适应光学系统根据成像探测器获得的像质信息建立系统性能评价函数，用优化算法对评价函数进行优化，从而实现畸变波前的校正。

近年来，国内外的大量研究结果表明，在自适应光学中，随机并行梯度下降(Stochastic parallel gradient descent algorithm,SPGD)算法易于实现，并且随机并行梯度下降算法已成熟应用于外场波前校正实验中。

随机并行梯度下降算法的一个明显不足是收敛速度较慢，很难满足无线光通信系统这一对实时性要求较高的场合，故而大多一直处于实验室研究试验阶段。因此，如何提升随机并行梯度下降算法的收敛速度逐渐成为该领域关注的热点。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种无波前传感自适应校正系统，解决了现有技术中存在的自适应光学系统成本高、使用波前传感器测量波前受闪烁效应等因素影响的问题。

本发明所采用的第一个技术方案是，一种无波前传感自适应校正系统，包括光源；光源发出的光束经波前校正器校正后，反射校正后的光束至成像探测器进行光斑采集；波前控制器根据采集的实时光斑获取系统性能指标，利用GPU提高随机并行梯度下降算法收敛速度，迭代生成波前校正器的控制信号，实现光束的多次校正。

本发明的特点还在于：

波前校正器为变形镜。

成像探测器为CCD工业相机。

波前控制器由PC机、GPU组成，且二者电性连接。

本发明的第二个目的是提供一种利用无波前传感自适应校正系统提高随机并行梯度下降算法收敛速度的方法，解决了现有技术中存在的无波前传感自适应光学校正速度过慢的问题。

本发明所采用的第二个技术方案是，一种利用无波前传感自适应校正系统提高随机并行梯度下降算法收敛速度的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、分析SPGD算法，得出高斯滤波部分、寻找最大光斑部分、扰动电压向量计算部分可以通过GPU进行加速；

步骤2、对高斯滤波的处理过程进行GPU加速；

步骤3、对寻找最大光斑的过程进行GPU加速处理；

步骤4、对扰动电压向量计算部分进行GPU加速处理。

本发明的特点还在于：

步骤1的具体过程如下：

(1)根据高斯滤波的实现过程得出，可以调用GPU多线程分别处理各个像素与高斯模板中参数的相乘运算，从而实现加速；

具体如下：

高斯滤波的过程为：首先，利用高斯函数得到高斯模板参数；高斯函数如下所示：