[发明专利]一种大气湍流畸变光斑的模式分解方法、设备以及介质

权利要求书

1.一种大气湍流畸变光斑的模式分解方法，其特征在于，包括：

令高斯光束经过湍流相位屏，使所述高斯光束的光斑的波前发生畸变，产生畸变光斑；

对所述畸变光斑进行奇异值分解SVD分解，根据目标相似度值确定选取的奇异值个数；

基于分解的模式个数与选取的奇异值个数相等，生成相应的模式。

2.根据权利要求1所述的大气湍流畸变光斑的模式分解方法，其特征在于，所述令高斯光束经过湍流相位屏，使光斑的波前发生畸变，产生畸变光斑，包括：

采用多相位屏法模拟大气湍流，使用功率谱反演法得到大气扰动的相位分布；

令高斯光斑经过大气湍流相位屏，得到畸变光斑E，其中E为一个m*n的矩阵，矩阵的秩为r。

3.根据权利要求2所述的大气湍流畸变光斑的模式分解方法，其特征在于，所述对所述畸变光斑进行奇异值分解SVD分解，根据目标相似度值确定选取的奇异值个数，包括：

对所述畸变光斑E首先进行SVD分解，得到所述畸变光斑的左奇异矩阵U、右奇异矩阵V和奇异值矩阵S，其中所述左奇异矩阵U为m*m阶矩阵，所述右奇异矩阵V为n*n阶矩阵，所述奇异值矩阵S为m*n阶的对角线矩阵，对角线上分布着矩阵的奇异值δ₁、δ₂、…δr,按照由大到小的顺序进行排列，奇异值分解过程如下式(1)：

E＝U*S*V^T (1)

初始化SVD模式分解的参数，将SVD分解的阶数，选取的奇异值个数K设置为1，设置目标相似度值ALFA，目标相似度值α的计算如下式(2)：

其中E为畸变光斑，E’为重构光斑，目标相似度值α表示畸变光斑与重构光斑的相似程度，数值越大，相似程度越高；

取所述奇异值矩阵S中的前K个奇异值，生成新的奇异值矩阵S_K，取所述左奇异矩阵U的前K列组成新的左奇异矩阵U_K，取所述右奇异矩阵V的前K行组成新的右奇异矩阵V_K，其中，U_K为m*K阶矩阵，S_K为K*K阶矩阵,V_K为K*n阶矩阵；

将畸变光斑E重构为E’，重构过程如下式(3)：

利用公式(3)计算畸变光斑E与重构光斑E’的目标相似度值，记作α；

判断目标相似度值α是否满足α≥ALFA；

若目标相似度值α不满足α≥ALFA则把奇异值个数K增加1直到满足为止。

4.根据权利要求3所述的大气湍流畸变光斑的模式分解方法，其特征在于，所述基于分解的模式个数与选取的奇异值个数相等，生成相应的模式，包括：

根据得到SVD分解的奇异值个数为K；

奇异值矩阵S_K为公式(4)：

将奇异值矩阵S_K中，除位置坐标为(i，i)的元素外，其余元素全部设置为0，构成K个子矩阵S_i，S_i的表示如下公式(5)：

根据矩阵的加法定义，将奇异值矩阵S_K分解为K个子矩阵的和，分解过程如公式(6)：

将重构光斑E’写作公式(7)：

根据式(7)定义K个模式E₁～E_K，重构光斑E’写作公式(8)：

各个模式E_i为公式(9)：

5.一种计算机设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至4中任一项所述的大气湍流畸变光斑的模式分解方法。

6.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1至4中任一项所述的大气湍流畸变光斑的模式分解方法。