Preview

Машиностроение и компьютерные технологии

Расширенный поиск

Системы автоматического регулирования адаптивных оптических систем. Аналитический обзор. Часть 2: Применение адаптивной фильтрации и управления на разнесенных частотах

https://doi.org/10.24108/0418.0001342

Полный текст:

Аннотация

Во второй части аналитического обзора подробно рассмотрено применение адаптивной фильтрации в системах автоматического регулирования адаптивных оптических систем (АОС) применительно к условиям бортовых лазерных платформ. При этом АОС работает в условиях аэро-оптических искажений и вибраций, дополнительно осложняющих распространение лазерного пучка. Адаптивная фильтрация рассматривается как способ улучшения работоспособности системы управления адаптивных оптических систем, позволяющий улучшить работу контура управления адаптивной оптикой: в 1.5-2 раза при компенсации только аэро-оптических возмущений, в 1.5 раза при компенсации только турбулентности в свободном потоке, и в 2.5-3.5 раза для комбинации аэро-оптики и турбулентности свободного потока.

Рассмотрена реализация нового типа регулятора, использующего интеллектуальные алгоритмы для предсказания (через искусственную нейронную сеть) кратковременного горизонта эволюции аберраций за счет аэро-оптического эффекта. Этот регулятор позволяет бороться с большой временной задержкой в передаче сигнала (вплоть до 5 временных шагов дискретизации).

Особо рассмотрен вопрос применения в адаптивной оптической системе двух деформируемых зеркал с целью разбиения управления по пространственным частотам. На низкочастотном зеркале корректируются аберрации низких порядков (наклоны, дефокусировка, астигматизм, кома), требующие больших ходов исполнительных механизмов (приводов) в деформируемом зеркале. На высокочастотном зеркале корректируются аберрации высших порядков, требующие малых ходов приводов. Представлен краткий обзор различных алгоритмов управления системой из двух адаптивных зеркал.

Полученные результаты, выводы и рекомендации планируется использовать при выработке технических требований к системам адаптивной оптики

Об авторах

Ю. И. Шанин
Научно-исследовательский институт научно-производственное объединение «ЛУЧ», Подольск
Россия

Шанин Юрий Иванович

Ведущий начный сотрудник, к.т.н., с.н.с.

Закончил кафедру Э-1 МВТУ им. Н.Э. Баумана в 1977 г.

Закончил аспирантуру кафедры Э-6 МВТУ им. Н.Э Баумана в 1980 г.

 



А. В. Черных
Научно-исследовательский институт научно-производственное объединение «ЛУЧ», Подольск
Россия

Черных Александр Владимирович

Начальник лаборатории, к.т.н.

Закончил МАИ в 1981 г.



Список литературы

1. Whiteley M.R., Gibson J.S. Adaptive laser compensation for aero-optics and atmospheric disturbances // 38th AIAA plasmadynamics and laser conf. (Miami, FLA, USA, June 25-28, 2007): Proc. Wash.: AIAA, 2007. Рp.1-14. DOI: 10.2514/6.2007-4012

2. Orzechowski P.K., Tsu-Chin Tsao, Gibson J.S. The effect of computational delay on performance of adaptive control systems // Dynamic systems and control: 2006 ASME intern. mechanical engineering congress and exposition (Chicago, Illinois, USA, November 5-10, 2006): Proc. N.Y.: ASME, 2006. Pt. A and B. Pp. 129-135. DOI: 10.1115/IMECE2006-15255

3. Burns W.R., Jumper E.J., Gordeyev S. A latency-tolerant architecture for airborne adaptive optic systems // 53rd AIAA aerospace sciences meeting (Kissimmee, FLA, USA, January 5 – 9, 2015): Proc. Wash.: AIAA, 2015. Vol. 7. Pp. 5378-5392. DOI: 10.2514/6.2015-0679

4. Watkins R.J., Hong-Jen Chen, Agrawal B.N., Young Sik Shin. Optical beam jitter control // Proc. of the Soc. of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2004. Vol. 5338. Рр. 204-213. DOI: 10.1117/12.529457

5. Beerer M.J., Hyungjoo Yoon, Agrawal B.N. Adaptive filter techniques for optical beam jitter control // Proc. of the Soc. of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2009. Vol 7338. Pp. 733802-01 - 733802-12. DOI: 10.1117/12.818634

6. Tesch J., Gibson S. Optimal and adaptive control of aero-optical wavefronts for adaptive optics // J. of the Optical Society of America A. 2012. Vol. 29. No. 8. Рp.1625-1638. DOI: 10.1364/JOSAA.29.001625

7. Tyson R.K. Principles of adaptive optics. 3rd ed. Boca Raton: CRC Press, 2011. 299 p.

8. Perez J.J., Toussaint G.J., Schmidt J.D. Adaptive control of woofer-tweeter adaptive optics // Proc. of the Soc. of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2009. Vol. 7466. P. 74660B. DOI: 10.1117/12.824450

9. Bradley C., Conan R., Hampton Р.J., Agathoklis P. Control system performance of a woofer-tweeter adaptive optics system // The advanced Maui optical and space surveillance technologies conf.: AMOS 2006 (Wailea, Maui, Hawaii, Sept. 10-14, 2006): Proc. Red Hook: Curran Assoc. Inc., 2007. Vol. 2. Рp. 548-557.

10. Keskin O., Hampton P., Conan R., Bradley C., Blain C., Hilton A. Woofer-tweeter adaptive optics system // Photons. 2006. Vol. 4. Nо. 1. Pp. 34-37.

11. Véran J.-P., Herriot G. Woofer-tweeter tip-tilt control for NFIRAOS on TMT// Proc. of the Soc. of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2006. Vol. 6272. Pp. 62721R – 62728R. DOI: 10.1117/12.672446

12. Jackson K., Conan R., Veran J.-P. Experimental validation of type-II tip-tilt control in a woofer-tweeter adaptive optics system // Proc. of the Soc. of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2010. Vol. 7736. Рp. 77364K – 773612K. DOI: 10.1117/12.856563

13. Véran J.-P., Craig I., Beauvillier A., Herriot G. Implementation of type-II tip-tilt control in NFIRAOS with woofer-tweeter and vibration cancellation // Proc. of the Soc. of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2010. Vol. 7736. Рp. 77364I – 773618I. DOI: 10.1117/12.857604

14. Weiyao Zou, Xiaofeng Qi, Burns S.A. Wavefront-aberration sorting and correction for a dual-deformable-mirror adaptive-optics system // Optics Letters. 2008. Vol. 33. No. 22. Рp. 2602-2604. DOI: 10.1364/OL.33.002602

15. Weiyao Zou, Burns S.A. Testing of Lagrange multiplier damped least-squares control algorithm for woofer-tweeter adaptive optics // Applied Optics. 2012. Vol. 51. No. 9. Pp. 1198–1208. DOI: 10.1364/AO.51.001198

16. Chaohong Li, Nripun Sredar, Queener H., Ivers K.M., Porter J. Direct slope reconstruction algorithm for woofer-tweeter adaptive optics systems // Adaptive optics: methods, analysis and applications: Frontiers in optics 2009 / Laser science XXV / Fall 2009 OSA Optics & Photonics technical digest (San Jose, CA, USA, October 13-15, 2009): Proc. Rochester: Optical Soc. of America, 2009. Рp.1-3. DOI: 10.1364/AOPT.2009.JTuC1

17. Chaohong Li, Nripun Sredar, Ivers K.M., Queener H., Porter J. A correction algorithm to simultaneously control dual deformable mirrors in a woofer-tweeter adaptive optics system // Optics Express. 2010. Vol. 18. No. 16. Рp. 16671-16684. DOI: 10.1364/OE.18.016671

18. Shi-Jie Hu. Performance of an adaptive optics system with dual deformable mirrors // J. of Electronic Science and Technology of China. 2009. Vol. 7. No. 3. Рp. 277-280.

19. Farrell T. Woofer-tweeter adaptive optics for astronomy: Doct. diss. Galway: National Univ. of Ireland Galway, 2010. 110 p.

20. Xiang Lei, Shuai Wang, Hu Yan, Wenjin Liu, Lizhi Dong, Ping Yang, Bing Xu. Double-deformable-mirror adaptive optics system for laser beam cleanup using blind optimization // Optics Express. 2012. Vol. 20. No. 20. Рp. 22143-22157. DOI: 10.1364/OE.20.022143

21. Wenjin Liu, Lizhi Dong, Ping Yang, Xiang Lei, Hu Yan, Bing Xu. A Zernike mode decomposition decoupling control algorithm for dual deformable mirrors adaptive optics system // Optics Express. 2013. Vol. 21. No. 20. Рp. 23885-23895. DOI: 10.1364/OE.21.023885

22. Gavel D., Norton A. Woofer-tweeter deformable mirror control for closed-loop adaptive optics: theory and practice // Proc. of the Soc. of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2014. Vol. 9148. Рp. 91484J-91495J. DOI: 10.1117/12.2056937


Для цитирования:


Шанин Ю.И., Черных А.В. Системы автоматического регулирования адаптивных оптических систем. Аналитический обзор. Часть 2: Применение адаптивной фильтрации и управления на разнесенных частотах. Машиностроение и компьютерные технологии. 2018;(4):13-31. https://doi.org/10.24108/0418.0001342

For citation:


Shanin Y.I., Chernykh A.V. Automatic Control Systems for Adaptive Optical Systems. Analytical review. Part 2: Application of the Adaptive Filtering and Control at the Spaced Frequencies. Mechanical Engineering and Computer Science. 2018;(4):13-31. (In Russ.) https://doi.org/10.24108/0418.0001342

Просмотров: 138


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-9278 (Online)