大气光通信中波前畸变补偿算法研究

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无线光通信技术是伴随着大功率半导体激光器和高灵敏度光电探测器件的日益完善而重新兴起的一种无线光接入技术。由于无线光通信综合了其他传统无线通信和光纤通信技术的优势,使得这种无线接入技术具有安装方便,成本低,大容量和机动灵活等优点。因而在很多领域无线光通信技术具有广阔的应用前景。然而,无线光通信的信道是随机的大气信道,其中除了大气对激光信号吸收、散射外,大气湍流还使激光信号在传输过程中产生波前畸变,这将严重影响无线光通信系统的稳定性和可靠性。为了解决由湍流引起的波前畸变所带来的光通信系统的不稳定性,本课题提出了一种基于无波前传感的自适应光学新技术。并且将实数编码的遗传算法(GA)用于这种无波前传感的自适应波前畸变补偿中。并对无波前传感的自适应光学系统和遗传算法作深入的分析和研究。与传统的自适应光学系统相比,这种基于遗传算法的波前畸变矫正技术不必预先测量波前相位畸变信息,而是采用无模型盲优化的方式,以施特列耳比作为遗传算法的适应度评判标准对光束波前畸变进行补偿。测量施特列耳比只用测量知道的参数是经过焦平面针孔后的光强。本文采用实数编码遗传算法的方式来补偿波前畸变。由于Zernike多项式可以很方便的表示不同的相差,将几种相差模式的叠加便可得到不同的波前畸变,所以本文所介绍的基于遗传算法的波前畸变补偿系统采用基于Zernike多项式系数向量的方式对波前畸变进行编码。通过遗传算法智能控制波前校正器以对畸变波前的Zernike多项式的系数进行补偿。最后,本文所设计的自适应光学系统的性能会在模拟试验中被检验。模拟试验结果显示,通过遗传算法的优化,可以得到最佳的波前畸变补偿方案,达到波前畸变补偿的目的,因而测量系统性能的施特列耳比也会比波前畸变补偿前大幅度增加。通过仿真分析证明了基于遗传算法的无波前传感的自适应光学可以很好的补偿由大气湍流带来的波前畸变。
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