遗传算法在激光整形中的应用

同爬山算法相比,遗传算法具有全局优化能力,为了研究遗传算法的波前整形能力,利用32单元变形镜和12项Zernike多项式构成的畸变波前建立了激光波前整形系统仿真模型。基于Zernike多项式的单位正交性特点,得到了两个常数矩阵,简化了算法的运算过程,加快了算法运行时间。然后分别对遗传1000,10000和100000代后的斯特列尔比和整形效果进行了模拟仿真,仿真结果为:进行100000代遗传后,遗传算法可分别将初始畸变波前的斯特列尔比从0.3771整形到0.9049,波前峰谷值从0.8078λ整形到0.3758λ,均方根从0.1572λ整形到0.0503λ,并且随着遗传代数的增加,斯特列尔比逐渐和整形效果均逐渐趋于最优,进一步表明遗传算法是一种优化逼近控制算法,可以通过对变形镜驱动电压的优化控制来实现波前整形,为遗传算法应用于波前整形技术中提供了理论依据。     

云南天文台1.2m望远镜61单元自适应光学系统

云南天文台1.2 m望远镜61单元自适应光学系统已经完成升级改造并投入使用.该自适应光学系统主要由倾斜跟踪控制回路、高阶校正回路以及高分辨力成像系统组成.为了提高系统的跟踪精度,倾斜跟踪控制回路由两级倾斜校正回路串联而成,用于校正望远镜的跟踪误差和大气湍流引起的倾斜跟踪误差.高阶校正回路主要由一套哈特曼波前传感器、一块61单元变形反射镜以及一套高速数字波前处理机组成.系统中哈特曼波前传感器的工作波段为400～700 nm,系统成像波段为700～900 nm.在介绍61单元自适应光学系统各组成部分的基础上,对该系统的性能进行了分析,并给出了实际天文恒星目标的高分辨力自适应光学成像观测结果.     

61单元分立式压电变形反射镜的研制

用于校正波前误差的61单元分立式压电变形反射镜是61单元自适应光学系统（AO）的关键器件之一。由于系统对单元数（61单元）和变形量（±3μm）的要求超过以往曾研制的变形镜，对研制工作带来许多困难。我们从理论分析到工艺研究采取措施，使研制的变形镜成功用于AO系统实验。     

基于自适应光学系统的波前处理算法研究

波前处理算法对自适应光学系统的工作效率有着重要的影响,是对波前像差进行复原和校正的前提,其中,区域法、模式法、直接斜率法作为自适应光学系统经典算法是当前国内外应用最为广泛的。本文在总结了以上三种算法的基础上,又介绍了两种改进式算法,快速迭代算法和Zernike模式快速算法,并对比分析了各种算法的优点和不足,对未来算法的改进方向做出展望。     

自适应光学中变形镜的研究

大气对激光束的湍流效应是制约激光通信技术发展的一个主要因素,研究发现自适应光学技术可以有效的缓解激光束在大气中传输受到的影响。自适应光学系统由探测器、控制器和校正器3部分组成。首先由探测单元和控制单元确定控制信号,然后通过控制器改变变形镜的镜面,以达到校正波前的目的。变形镜是自适应光学系统中实现波前校正的关键器件．其特性将直接影响系统对波前光束的改善结果。通过对变形镜的工作原理、分类、技术要求和性能指标的研究．该系统补偿效果达到90％。     

一种基于种群多样性的新型自适应遗传算法

为克服传统自适应遗传算法易出现未成熟收敛的问题,提出一种新型基于种群多样性的自适应遗传算法。解决未成熟收敛问题的关键是避免算法在寻找到最优解前种群多样性的丧失。为适应进化过程中种群多样性的变化,提出了包含方差因子和种群熵因子的交叉概率和变异概率公式。根据种群收敛情况相应地调整交叉概率及变异概率,在不破坏种群优良基因模式的同时保持种群的多样性。通过标准函数测试与已有算法进行对比,结果表明,所提算法相较于已有算法,在保证收敛精确度的同时提高了收敛速度,有效克服了“早熟”等问题。     

实数编码遗传和单纯形混合算法在膜系优化设计中的应用

在传统遗传算法(GA)基础上,通过引入标准偏差函数构造了新的适应度函数,同时提出了一种自动降温的方法来控制退火选择策略中的温度.将这种改进的实数编码遗传算法(FGA)和单纯型算法(SA)有机结合起来,形成了新的膜系优化算法-实数编码遗传和单纯形混合算法,并编制了优化程序.实例表明该算法优化性能优越,既具有强大全局搜索能力,又能很好地实现局部搜索功能.用该算法实现了中心波长534 nm,带宽35 nm的可见光波段凹陷滤波器和高性能中性分束镜.     

用于自适应光学系统的几种新型可变形反射镜

将MEMS技术用于自适应光学系统具有重大意义.本文从原理及制作工艺上论述了几种新型的可变形反射镜,为下一步的深入研究打下基础.     

基于改进自适应遗传算法的图像配准方法

采用遗传算法进行图像配准时,存在收敛速度慢、易早熟的问题,可能导致误配。为克服这些缺点,提出了改进的自适应遗传算法(improved adaptive genetic algorithm,IAGA)。该算法以互信息作为相似性测度,通过对遗传参数设置的改进,自适应的调解进化过程中的交叉概率和变异概率,既提高了遗传算法的收敛速度,又有效地防止了早熟。实验结果表明,改进算法具有更好的有效性和精确性。     

星载自适应光学系统的双导星信标理论研究

星载相机的波前畸变主要来源于两个部分:由于温度场、重力场变化引起的相机光学系统自畸变;由于大气湍流引起的波前误差。为获得高分辨率的图像,需要校正波前误差。提出一种对星载光学系统波前畸变进行有效探测的技术。星载激光器分时产生钠导星和瑞利导星,前者用于校正自畸变,后者用于校正大气湍流造成的波面像差。针对该方法对激光能量的要求,建立了双导星信标系统的数值模型,并进行仿真。结果表明,该方法对激光器的要求,在目前是可以实现的。该方法可以用于空间相机光学系统的波面畸变探测,从而为星载自适应光学的进一步研究提供依据。     

基于自适应遗传算法的电力变压器优化设计

在研究遗传算法的基础上,分析了传统遗传算法种群多样性、收敛效率降低和易求得局部最优解的问题,提出自适应遗传算法优化设计电力变压器。采用适应度值标定的遗传算法改进策略,防止特殊个体统治种群导致的寻优结果是局部最优解,在算法临近结束时,变更选择压力,防止算法在最优解附近摇摆,加快了寻优过程。仿真结果表明,改进后的遗传算法收敛速度快,并以S9-315/10型电力变压器为算例,优化方案的性能指标符合相关国标,总损耗降低0.8%,材料成本降低8.3%。     

基于SPGD算法的激光大气传输湍流效应校正的初步研究

随机并行梯度下降算法(SPGD)是近年来广泛发展的一种无模型优化控制算法,它具有速度快、无需信标光等优点,得以运用于自适应光学系统中.利用相位屏法数值模拟激光大气传输过程,以61单元变形镜为校正器,采用SPGD算法对激光大气传输湍流效应进行了初步校正研究,研究表明: SPGD算法可以用在自适应光学系统中用于校正激光大气传输湍流效应引起的畸变,且不同参数如扰动幅度值、增益系数的选取对校正效果有一定影响,文中给出了不同传输情况下的仿真计算结果.     

基于Zernike模式法的变形反射镜补偿面型求解方法

针对变形反射镜校正非垂直入射畸变波前时,补偿面型求解的复杂性,借助波前补偿原理,提出利用变形反射镜对系统Zernike波像差的响应矩阵求解变形镜补偿面型的方法。结合Zernike模式法复原波前,利用CODEV仿真分析变形镜补偿畸变波前过程。以某红外自适应光学系统为例,仿真验证补偿效果。此方法能够简化变形反射镜控制算法,加深对自适应光学原理的认识。     

神经网络和遗传算法在相关峰判读中的应用

在相干光学目标识别技术研究中,为了更好地判读相关峰,把遗传算法和人工神经网络相结合,以反向传播神经网络和遗传算法为基础,建立了以遗传算法优化神经网络初始权值和阈值的相关峰判读系统,既避免了神经网络训练中容易陷于局部最小值和收敛速度较慢的缺点,又克服了遗传算法局部精确搜索能力的不足,实现其优势互补,从而有利于更好地解决相关峰判读问题。结果表明,改进后的算法充分发挥遗传算法和反向传播算法的优点,达到了较好的判读效果。     

自适应遗传退火算法在薄膜椭偏测量中的应用

将自适应遗传模拟退火混合算法应用于薄膜椭偏测量的反演问题中.由于模拟退火算法的基本思想是跳出局部最优解而得到全局最优解,因此将模拟退火思想引入到遗传算法,遗传算法和模拟退火算法相结合,组建自适应遗传模拟退火算法,从而综合了全局优化和局部搜索的特点,并通过模拟计算,验证了此方法在薄膜椭偏测量问题中的可行性及有效性,为解决...     

新型激光驱动可变形反射镜的模型、研制及特性

介绍了一种新型的利用激光驱动的可变形反射镜.它包括三个部分:以聚脂薄膜为主体做成的2μm厚的镜面,支撑镜面的6μm高栅格状的支撑柱,由光敏材料砷化镓(GaAs)构成的感光底层.同时在镜面与感光底层之间施加偏置的高频交流电压.当感光底层背面被激光照亮时,GaAs中载流子的变化导致镜面与感光底层之间电阻的重新分布,从而镜面与感光底层之间电压发生变化,因此在静电力的作用下镜面将会发生相应的形变.文中分析了此反射镜工作的理论模型,介绍了此装置的制作工艺,并通过实验验证了偏置电压幅值、交流电压频率等参数对可变形反射镜性能的影响.     

新型激光驱动可变形反射镜的模型、研制及特性

介绍了一种新型的利用激光驱动的可变形反射镜.它包括三个部分:以聚脂薄膜为主体做成的2μm厚的镜面,支撑镜面的6μm高栅格状的支撑柱,由光敏材料砷化镓(GaAs)构成的感光底层.同时在镜面与感光底层之间施加偏置的高频交流电压.当感光底层背面被激光照亮时,GaAs中载流子的变化导致镜面与感光底层之间电阻的重新分布,从而镜面与感光底层之间电压发生变化,因此在静电力的作用下镜面将会发生相应的形变.文中分析了此反射镜工作的理论模型,介绍了此装置的制作工艺,并通过实验验证了偏置电压幅值、交流电压频率等参数对可变形反射镜性能的影响.     

基于自适应遗传算法的EPS路感研究

文中研究了汽车转向路感的形成,并对系统进行了动力学建模,分析了电动助力转向系统的路感特性,研究了电动助力转向系统路感的影响因素.提出了用自适应遗传算法改善电动助力转向系统的路感.仿真结果表明,自适应遗传算法具有搜索速度快,收敛精度高等优点,基于自适应遗传算法优化的系统参数提高了系统的转向路感.     

基于泽尼克模式系数的自适应光学遗传算法

为了提高遗传算法(GA)控制的自适应光学(AO)系统的收敛性能,建立了一套新型的基于泽尼克(Zernike)模式系数的19单元自适应光学系统模型。在优化过程中,遗传算法不直接优化变形镜(DM)19个驱动器上的电压值,而是优化前10阶泽尼克模式系数。推导出19个电压值与前10阶泽尼克模式系数之间的关系矩阵,并进行了对比数值仿真。结果表明,该系统能够更好地校正固体激光器系统输出光束的波前像差。相对于直接优化变形镜电压值的无波前自适应光学系统,该自适应光学系统能够将遗传算法的收敛速度提高5倍以上。     

一种基于Shack-Hartmann传感器的自适应波前重建算法

波前重建是自适应光学系统中的一个重要环节,对系统性能影响明显。研究了一种无参考输入光条件下,基于Shack-Hartmann波前传感器的自适应波前重建算法,能根据实际光斑图的特点,自动确定探测窗口、计算实际质心、参考质心、选择重建区域和获取入射波前的Zernike模式系数,讨论了参考质心选择对波前重建结果的影响。搭建自适应光学系统,通过测量和校正模拟大气像差对重建算法进行了验证。实验结果表明,基于该重建算法的自适应光学系统可以把大气扰动引起的波前像差校正到0.1 λ以下,获得接近衍射极限的成像质量,说明该重建算法具有可靠性与实用性。