[发明专利]一种基于LQG的自适应畸变波前校正器及其方法

说明书

本发明公开了一种基于LQG的自适应畸变波前校正器，包括激光器，沿激光器发射的光波的传播方向设置有变形镜，变形镜对激光器发射的光波进行反射且沿反射光波方向依次设置有分光棱镜，分光棱镜将反射光波分为两束光波，一束光波的传播方向依次设置有聚焦透镜、CCD相机，另一束光波传播方向设置有自适应光学系统，自适应光学系统包括光波传播方向设置的波前传感器，波前传感器通过电信号依次连接有数字滤波器、波前复原器、波前控制器、D/A数模转换器及高压放大器，高压放大器还通过电信号连接变形镜。本发明设备结构简单，能有效实现对含有随机高斯白噪声的畸变波信号进行校正处理。本发明还公开一种基于LQG的自适应畸变波前校正方法。

技术领域

本发明属于无线光通信技术领域，涉及一种基于LQG的自适应畸变波前校正器，本发明还涉及一种基于LQG的自适应畸变波前校正方法。

背景技术

无线光通信技术中，光信号在传播过程中受大气湍流影响导致光波发生畸变，引起信道传输特性的不稳定性，使得通信质量和传输距离受到限制，严重影响光学系统的性能。自适应光学系统优化和信息处理算法改善是提高光通信技术的有效手段。目前自适应光学技术已在天文成像、激光传输、光通信、工业和医学成像等领域得到应用。

目前常规自适应光学系统由波前传感器、波前控制器和波前校正器三部分组成，结构复杂，成本高，体积大很难小型化，其应用领域很难得到拓展和普及。因此在常规自适应光学系统的基础上又演化出了无波前探测自适应光学系统，相比常规自适应光学技术，无波前探测自适应光学系统不再需要波前探测环节，因而使系统复杂性大大降低，成本也有所降低，有效提高了系统的应用范围。无波前探测自适应光学系统是从硬件设备方向研究向控制算法的转移。

无论是常规自适应光学系统还是无波前探测自适应光学系统都对硬件设备依赖性很强，比如硬件设备的体积、灵敏性、使用寿命和成本等都是制约光学技术发展的因素。要提高光学系统的广泛应用，就必须设备小型化、系统简单化、降低成本，从目前技术发展方面看，简化系统设备提高数字处理能力是一种有效方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于LQG的自适应畸变波前校正器，设备结构简单，能有效实现对含有随机高斯白噪声的畸变波信号进行校正处理。

本发明的另一目的是提供一种基于LQG的自适应畸变波前校正方法。

本发明所采用的技术方案是，一种基于LQG的自适应畸变波前校正器，包括激光器，沿激光器发射的光波的传播方向设置有变形镜，变形镜对激光器发射的光波进行反射且沿反射光波方向依次设置有分光棱镜，分光棱镜是将反射光波分为两束光波，其中一束光波的传播方向依次设置有聚焦透镜、CCD相机，另一束光波传播方向设置有自适应光学系统，自适应光学系统包括光波传播方向设置的波前传感器，波前传感器通过电信号依次连接有数字滤波器、波前复原器、波前控制器、D/A数模转换器及高压放大器，高压放大器还通过电信号连接变形镜。

本发明采用的另一技术方案是，一种基于LQG的自适应畸变波前校正方法，采用上述一种基于LQG的自适应畸变波前校正器，具体为：激光器发射光波传播过程中由于大气湍流影响发生畸变，待校正的畸变波经变形镜反射后残余像差再经过分光棱镜进行分光，其中一束光波继续沿直线传播经聚焦透镜、CCD相机，CCD相机对入射光波进行成像，另一束光波依次通过波前传感器获取光波斜率信息，然后数字滤波器进行数字滤波预处理，再经过波前复原器进行波前复原后为波前控制器提供畸变波前像差数据，波前控制器根据畸变波前前像差数据利用LQG方法计算变形镜所需驱动电压，再利用D/A数模转换器将计算得到的数字驱动电压信号转换为模拟驱动电压信号后通过高压放大器后控制变形镜改变镜面结构，改变入射光束传播光程，实现对畸变波信号的校正，最终达到校正畸变入射光束波的目的。

本发明第二种技术方案的特征还在于，

LQG方法具体按照如下步骤实施：

步骤1，根据线性二次高斯控制理论建立自适应光学系统模型，并获得自适应光学系统的状态空间方程；