1 重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065
2 信号与信息处理重庆市重点实验室，重庆 400065
为了提高传统随机并行梯度下降 (Stochastic Parallel Gradient Descent, SPGD) 算法校正波前畸变的性能，提出了一种基于AdaBelief优化器的新型SPGD优化算法。该算法将深度学习中AdaBelief优化器的一阶动量和二阶动量集成到SPGD算法中以提高算法的收敛速度，并使得算法能够自适应地调整增益系数。 此外，对实际增益系数进行自适应动态裁剪以避免因实际增益系数出现极端值而造成的震荡。仿真结果表明：在37单元变形镜 (Deformable Mirror, DM)下，新型SPGD优化算法能够对不同湍流强度下的波前畸变实现有效校正，不同波前畸变经过校正后的斯特列尔比(Strehl ratio, SR)分别提升至0.83、0.47和0.31。此外，该算法在不同湍流强度下的SR仅仅需要149、229和230次迭代达到阈值，与传统SPGD算法及其他优化算法相比有更快的收敛速度，且在稳定性和参数调节方面也具有一定的优越性。
自适应光学 大气湍流 波前畸变 随机并行梯度下降算法 adaptive optics atmospheric turbulence wavefront distortion stochastic parallel gradient descent algorithm 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210697
1 重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065
2 信号与信息处理重庆市重点实验室，重庆 400065
为了改善传统随机并行梯度下降(Stochastic Parallel Gradient Descent, SPGD)算法收敛速度慢且容易陷入局部极值的问题，提出了一种元启发式随机并行梯度下降(Meta-Heuristic SPGD, MHSPGD)算法。该算法将SPGD算法和元启发式算法的开发与探索两步结合，首先利用SPGD算法的梯度下降搜索得到局部最优解，然后进行邻域搜索得到局部最优区域以外的可能最优解，通过所有解性能指标的比较来确定新的迭代起点。随着搜索范围的自适应扩展，该算法能够避免陷入局部极值并趋向收敛于全局最优。同时，为了避免重复搜索，建立了记忆表来记录迭代过程中产生的次最优解。搭建了无波前探测器自适应光学系统模型，运用所提算法对不同湍流强度下的波前畸变进行了仿真校正，并针对不同Zernike阶数的像差进行了仿真实验。在三种湍流强度下，MHSPGD算法所能达到的斯特列尔比(Strehl Ratio, SR)分别为0.7621、0.6554、0.3749，相比于SPGD算法分别提升了0.1%、2%和18.6%。此外，当畸变中含有较多高阶成分时，文中所提优化算法相比传统的SPGD算法，SR收敛到0.6所需的迭代次数减少了约47%，且SR收敛极限值也提升了约9.4%。结果表明：与三种主流优化算法相比，MHSPGD在保持较快收敛速度的同时，能够在各种湍流强度下达到更高的收敛极限，有效地解决了算法的局部收敛问题。
自适应光学 波前畸变校正 随机并行梯度下降算法 元启发式算法 adaptive optics wavefront distortion correction stochastic parallel gradient descent algorithm meta-heuristic algorithm 红外与激光工程
2022, 51(7): 20210759
1 国家电网宁夏电力有限公司, 银川 750002
2 西安理工大学, 西安710077
目前的研究工作都集中在如何提高法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)传感器的灵敏度和线性响应度, 而传感器的方向响应性在局部放电定位中的研究较少。对基于微机电系统(MEMS)的F-P声传感器的方向灵敏度进行了实验研究, 制作了膜片厚度为5 μm的F-P声传感器, 并测量和分析了来自不同入射角和线性距离的放电源的声信号。实验结果表明: 该传感器在±60°入射范围内具有5.90 dB的振幅波动, 信噪比高, 使其具备3 m以外检测微弱局部放电信号的能力。
光纤传感器 法布里-珀罗 声传感器 局部放电 fiber optic sensor, Fabry-Perot, acoustic sensor,
燕山大学 信息科学与工程学院 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
提出一种液晶填充碲酸盐玻璃的柚子型光子晶体光纤偏振旋转器, 利用全矢量有限元法, 对液晶填充碲酸盐玻璃的柚子型光子晶体光纤的偏振旋转特性进行数值模拟, 并分析了光纤结构参数、环境温度、工作波长等对光纤偏振旋转特性的影响.研究结果表明: 此种偏振旋转器具有较高的旋转效率、较低的工作串扰和较短的旋转长度, 在工作波长为1.55 μm、偏振角度为45°时, 其值分别达到99.947%、－32.84 dB和197 μm; 另外, 随着光纤薄壁厚度的增加, 旋转长度随之升高, 随着工作波长的变大, 旋转长度随之降低, 随着温度的增加, 旋转长度随之升高.这种新型的光子晶体光纤为偏振旋转器的研发提供了参考.
光纤光学 光子晶体光纤 偏振旋转器 液晶 碲酸盐玻璃 Fiber optics Photonic crystal fiber Polarization rotator Liquid crystal Tellurite glass 光子学报
2016, 45(11): 1106003
为了提高光具座自动测焦距时的测量精度, 设计一套连续变焦光学系统。该系统包括自准直组件和变焦组件两部分, 可以调节CCD靶面上接收到的图像大小, 得到最佳测量结果。根据设计指标要求, 在控制系统总长的基础上进行初始结构选择和像质优化。设计完成后的自准直组件焦距200 mm, 变焦组件焦距200 mm~20 mm, 对接后的变焦系统可实现图像大小1×~10×连续调节。模拟实验表明: 变焦系统像质良好, MTF曲线接近衍射极限, 弥散斑小于CCD像元大小, 可以满足实际检测需求。
光具座 光学设计 自动测量 变焦 optical bench optical design automatic measurement zoom
为解决高精度检测非球面反射镜的难题, 提出利用Zygo干涉仪完成非球面环形子孔径检测。通过移动待测非球面, 使得由干涉仪产生的参考球面波, 以不同的曲率半径匹配待测非球面的各个环带区域, 分别测试每个环带, 进而完成对整个非球面的拼接检测。以双曲面反射镜为例进行拼接检测, 并搭建辅助光路, 利用无像差点法对拼接结果进行验证。验证结果表明: 该方法测量误差小于1/20 λ(λ=632.8 nm)。
环形子孔径 Zygo干涉仪 非球面检测 annular sub-aperture stitching Zygo interferometer aspheric testing
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100049
为了兼顾飞轮控制系统的响应速度和稳态精度，在分析常值切换变结构控制和变速积分控制特性的基础上，将具有开关特性，响应快，但存在抖振缺点的常值切换变结构控制与能改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，稳态精度高的变速积分控制相结合,利用变速积分控制稳态精度高的优点弥补常值切换控制的开关特性带来的缺点,提出了变结构变速积分控制。根据飞轮的本体模型和运动方程建立了控制模型，分析了控制模型的性能，进行了转速跟踪实验。实验结果显示：变结构变速积分控制使系统的动态性能和稳态性能都得到很大提高。控制指令为偏移量1 000 r/min，幅值100 r/min, 周期0.01 Hz正弦信号时，跟踪误差为2 r/min。结果表明，提出的方法抑制了超出切换带范围的超调量，提高了进入切换带内的稳态精度，防止了抖振，基本达到了加快响应速度和提高稳态精度的要求。
姿控飞轮 ＰＩ控制 变结构控制 变速积分 转速跟踪 satellite attitude control flywheel PI control variable structure control speed-changed integration rate speed tracking
1 西安应用光学研究所，陕西西安，710065
2 陆航驻西安地区军事代表室，陕西西安，710010
对目前常用的多光谱多传感器融合光电系统光轴一致性的几种检测方法进行了分析、研究和比较，提出了一种实用新方法。该方法主要利用上转换板将红外波段的激光转换为CCD可探测到的可见光波段的红光并对光斑进行延时，使普通CCD能够很容易地探测到单、低频窄脉冲激光的光斑，在经进一步处理后，即可检测到发射出的激光光斑的形心、质心、尺寸等参数，以及激光光轴与光学观瞄装置光轴的平行性。
光电系统 上转换 光轴平行性 检测方法 electro-optical system up-conversion optical axes parallelism detection CCD CCD
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
为了缩短姿控飞轮控制系统的设计周期和快速验证设计方案的可行性及有效性,在分析姿控飞轮电机本体数学模型的基础上,结合该姿控飞轮控制系统所采用的加速控制、制动控制、换相控制,建立了姿控飞轮控制系统模型。针对姿控飞轮的共性问题:飞轮过零响应问题,以速度模式下的指令响应为例分析了调压调速控制方式与调压调速结合反接制动方式下的飞轮速度、电流、端电压以及力矩响应。分析结果表明:在0.025 Hz的速度指令下,调压调速结合反接制动方式具有更好的过零响应。
姿控飞轮 系统设计 反接制动 satellite attitude control flywheel system design reversal connection braking
