水平大气通道的光波前倾斜功率谱的测量及其频率分析

在自适应光学系统设计和搭建过程中,一个关键的设计考虑因素就是倾斜镜的带宽,即Tyler频率。提出了一种根据实测的湍流整体倾斜功率谱直接计算Tyler频率的方法。首先利用Shack-Hartmann波前探测器,测量了水平湍流倾斜像差的功率谱,然后以一个衍射角为截止均方根残差,确定出Tyler频率。在实验所处的湍流条件下,水平湍流倾斜功率谱在高频部分与频率的-2次方成正比,与理论预言的-11/3次方成正比存在差异。还获得了Tyler频率的昼夜变化规律:在夜晚和清晨,水平湍流的Tyler频率变化缓慢,在实验所处的湍流条件下其值一般小于4Hz;在白天波动剧烈,实验测得其值最大可达到约20Hz。因此,对处于该湍流条件下的自适应光学系统,其倾斜镜的带宽需达到20Hz以上。

自适应光学系统倾斜校正回路的最优闭环带宽

基于实际自适应光学系统倾斜校正回路最常使用的比例积分控制器,分析了最优闭环带宽与大气湍流、测量噪声之间的关系.利用满足Kolmogorov湍流整体倾斜功率谱密度的时间序列进行了相关的数值仿真.结果表明,根据不同湍流强度及测量噪声选择合适的闭环带宽,可以充分发挥自适应光学系统倾斜校正回路的闭环校正能力,减小闭环残差.

自适应光学控制系统对Kolmogorov湍流补偿的修正有效带宽

基于时间功率谱反演生成的Kolmogorov湍流时间序列,模拟分析了自适应光学控制系统跟踪回路与高阶误差校正回路在有限误差3dB带宽、有时间延迟情况下的闭环校正残余误差,得出了系统的跟踪残余方差、高阶残余方差与误差3dB带宽的数值拟合结果,修正了系统有效带宽的表达式,使其能更精确地估计校正残余方差.