[发明专利]一种基于压缩感知技术的自适应光学系统波前重构的方法

说明书

本发明公开了一种基于压缩感知技术的自适应光学系统波前重构的方法，过程为：步骤1，将波前斜率在稀疏字典下进行稀疏表示；步骤2，采用观测矩阵对波前斜率进行稀疏测量，得到斜率测量值；步骤3，通过稀疏度自适应匹配追踪算法重构波前斜率；步骤4，根据波前斜率，计算泽尼克多项式的系数矩阵，重构出波前的相位。本发明方法解决了现有技术中数据量大、数据传输及储存压力高的问题。

技术领域

本发明属于无线光通信技术领域，涉及一种基于压缩感知技术的自适应光学系统波前重构的方法。

背景技术

以激光作为信息载体的无线光通信技术已经成为目前最具潜力的一种通信方式，无线激光通信技术在深空探测、星地无线光通信、星间无线光通信以及近地无线光通信等范围内都得到了普遍的关注与运用。在近地面无线激光通信中，由于大气结构本身的复杂性，以及大气运动的随机性和多变性等特性所带来的影响，使得激光在传播过程中特别容易被大气湍流所干扰，致使激光束产生诸如光强闪烁、源像抖动、光束偏移以及其它一些光学效应。另外，由大气湍流的变化引发的大气折射率的不均衡，造成激光在传输过程中出现偏折、聚焦、散射、扩散等光学现象，从而造成畸变的激光波前，对近地无线光通信链路产生影响。此外，无线激光通信链路距离的增加，激光器的输出功率必然提高，其激光器腔镜会发生热变形致使输出激光波前产生相位畸变，导致光束质量下降，从而使得通信质量降低。因此，寻找一种减小大气湍流影响，提高激光通信质量的方法是激光通信研究当中的一个主要任务。

自适应光学(Adaptive Optics，AO)的出现使得使用它的光学系统能够有效地补偿大气湍流产生的波前畸变，主动适应外界环境的变化，从而被广泛应用天文观测、空间目标观测和激光传输等系统。自适应光学系统通过使用波前传感器感知并测量出波前的畸变信息，并把这些畸变信息交给波前处理器进行相应的运算和处理，所要达到的目的就是驱动波前校正器校正波前畸变，提高激光通信的质量。自适应光学系统主要由三部分组成：波前校正器、波前传感器和波前控制器。其中，波前传感器是自适应光学系统的眼睛，用于实时探测光学系统中存在的静态和动态波前误差。波前控制器是自适应光学系统的大脑，用于实时处理波前传感器输出的波前畸变信号，计算波前误差，从而得到波前校正器上所需施加的电压控制信号。波前校正器是自适应光学系统的执行元件，产生与输入畸变波前共轭的波面，经过校正后的光束接近平面波，最终使成像系统其基本原理是生成相位共轭的波前对畸变波前进行实时相位补偿。现有的方法需要测量每一个子孔径的平均斜率，计算量过大，增大了数据传输和储存压力。波前重构是自适应光学中必不可少的部分，为了提高自适应光学系统校正波前畸变的能力，探测技术以及重构算法的改进对于自适应光学系统来说变得极为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于压缩感知技术的自适应光学系统波前重构的方法，解决了现有技术中数据量大、数据传输及储存压力高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于压缩感知技术的自适应光学系统波前重构的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将波前斜率在稀疏字典下进行稀疏表示；

步骤2，采用观测矩阵对波前斜率进行稀疏测量，得到斜率测量值；

步骤3，通过稀疏度自适应匹配追踪算法重构波前斜率；

步骤4，根据波前斜率，计算泽尼克多项式的系数矩阵，重构出波前的相位。

本发明的特征还在于，

步骤1的具体过程为：

设g_x、g_y分别为x、y方向上需要稀疏表示的斜率信号，将斜率信号g_x、g_y在稀疏字典ψ∈R^M×N下进行稀疏表示为：

g_x＝ψα_x，g_y＝ψα_y (1)