基于多元线性回归的变形镜迭代控制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了基于多元线性回归的变形镜迭代控制方法和系统，系统是由计算机、变形镜、衰减器和干涉仪构成的闭环系统，方法包括：求解目标面形的控制参数的步骤，所述求解目标面形的控制参数的步骤包括：向变形镜施加多组不同的随机控制参数并记录相应的泽尼克系数向量，然后基于A＝G·V，求解变形镜的影响函数矩阵G；向变形镜施加一组初始迭代控制参数并测量相应的实际面形；计算实际面形与目标面形的差值，并判断差值是否小于预设阈值；若是则将初始化的迭代控制参数作为目标面形的控制参数；若否，则基于A＝G·V求解面形差值控制参数，以更新迭代控制参数，继续迭代直至面形差值小于预设阈值。

【技术实现步骤摘要】
基于多元线性回归的变形镜迭代控制方法和系统
本专利技术涉及光学领域，尤其涉及变形镜的控制方法和相关系统。
技术介绍
变形镜是自适应光学系统的主要元器件之一，主要组成部分是基底、致动器和镜面。致动器在施加电压后发生形变，带动与之相连接的镜面发生形变，一般变形量为数微米，通过变形镜的面形变化实现波前像差校正，补偿光学系统由于外界干扰所造成的波前畸变，使系统获得接近衍射极限的目标像。比如，在天文观测领域，由于大气湍流的影响，使得星象出现抖动与闪烁，通过变形镜对所获得的光波信息进行校正可以有效消除抖动，使得观测目标更加清晰。又比如激光核聚变系统，由于光路长、器件多，所以引入较多的像差，降低了激光波前质量与峰值功率，所以波前校正对于提高激光能力有着重要意义。可见，对变形镜进行精确的控制在自适应光学系统应用中意义重大，而对于变形镜控制的核心部分就是如何使得镜面变形为所需面形，来消除光路中的扰动。对于变形镜的控制，得到所需面形与控制参数之间的精确对应关系是精确控制变形镜的前提，而这又必须建立在求解得到精确的变形镜影响函数矩阵的基础上。目前，对于影响函数矩阵的求解，一般是单独控制某一个致动器，测量记录某一个致动器带来的面形泽尼克系数变化量，然后以最小二乘法原理求解影响函数矩阵，然后逐个致动器进行测量，忽略了致动器彼此间耦合，影响函数准确性低。传统控制方式是通过Hartman-Shack波前传感器测量波前畸变，并利用变形镜重构共轭波前，即可得到变形镜面形信息，但是波前畸变测量误差等影响，测量精度相对较低且迭代次数较多，再者该操作复杂不方便。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日前已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术的其中一个目的在于提出一种基于多元线性回归的变形镜迭代控制方法，基于统计学原理对面形数据(泽尼克系数向量)和控制参数间的关系进行多元线性回归分析，可获取高精度的变形镜影响函数矩阵；再基于精确度高的影响函数矩阵，利用多次迭代不断逼近目标面形的逻辑，来获得目标面形的控制参数，实现对变形镜的精确控制。本专利技术为达上述目的所提出的技术方案如下：一种基于多元线性回归的变形镜迭代控制方法，包括求解目标面形的控制参数的步骤，所述求解目标面形的控制参数的步骤包括：S1、向所述变形镜施加多组不同的随机控制参数，并实时记录变形镜相应的面形泽尼克系数向量；基于变形镜的影响函数矩阵、控制参数和面形泽尼克系数向量三者之间的关联关系，利用所述多组不同的随机控制参数及其对应的多个面形泽尼克系数向量求解所述变形镜的影响函数矩阵；S2、向所述变形镜施加一组初始化的迭代控制参数并测量相应的实际面形；S3、计算实际面形与所述目标面形之间的面形差值，并判断所述面形差值是否小于预设阈值；若是，则将所述初始化的迭代控制参数作为所述目标面形的控制参数，结束；若否，则执行步骤S4；S4、基于所述关联关系，求解所述面形差值的差值控制参数，并根据所述差值控制参数更新所述迭代控制参数；利用更新的迭代控制参数返回执行步骤S2，并不断重复步骤S2至S4，直至实际面形与所述目标面形的差值小于所述预设阈值时，将当前施加的迭代控制参数作为所述目标面形的控制参数，结束。本专利技术提出的上述技术方案，在步骤S1中通过施加不同控制参数并获取相应的面形数据(以泽尼克系数向量表征)来得到多组控制参数与泽尼克系数向量之间的对应关系，然后基于统计学的原理，利用这些对应关系来求解变形镜的影响函数矩阵，所得到的影响函数矩阵精度高，为后续求解目标面形的控制参数奠定了基础。在步骤S2至S4中，对于给定的目标面形，采用不断迭代逼近目标面形的方式，来找出误差允许范围内最精确的目标面形控制参数，实现变形镜的精确控制；基于此，可以建立起变形镜的多个目标面形及控制参数对应关系的数据库，在后续自适应光学系统的使用中，则可根据所需的目标面形直接从数据库中调用控制参数，非常方便实用。本专利技术的另一目的在于提出一种基于多元线性回归的变形镜迭代控制系统，利用干涉仪构成闭环反馈系统，可以对变形镜面形进行实时的精确测量，以进行不断迭代的面形校正，获得目标面形与控制参数的精确对应关系，以在后期自适应光学系统的实际应用中，能够精确控制变形镜来达到目标面形。本专利技术为达上述目的所提出的技术方案如下：一种基于多元线性回归的变形镜迭代控制系统，该系统是由计算机、变形镜、衰减器和干涉仪构成的闭环系统，其中，所述变形镜和所述干涉仪均与计算机连接；所述计算机用于控制所述变形镜的镜面变形以及所述干涉仪，所述干涉仪用于测量所述变形镜的面形数据并将所述面形数据传输至所述计算机；所述计算机中还存储有一计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤S1至S4：S1、基于变形镜的影响函数矩阵、控制参数和面形泽尼克系数向量三者之间的关联关系，利用多组不同的随机控制参数及其对应的多个面形泽尼克系数向量求解所述变形镜的影响函数矩阵；其中，每一组随机控制参数所对应的面形泽尼克系数向量根据所述干涉仪测量的实时面形数据而得到；S2、获取干涉仪所测量的当前实际面形，并计算当前实际面形与目标面形的面形差值，并判断所述面形差值是否小于预设阈值；若是，则将当前实际面形的控制参数作为所述目标面形的控制参数，结束；若否，则执行步骤S3；S3、基于所述关联关系，求解所述面形差值的差值控制参数，并利用所述差值控制参数和当前实际面形的控制参数计算得到更新的控制参数；基于更新的控制参数下不断更新的实际面形，不断地重复步骤S2和S3，直至所述面形差值小于所述预设阈值，则输出最新的控制参数作为目标面形的控制参数，结束。附图说明图1是本专利技术利用迭代原理来求解目标面形控制参数的方法流程图；图2是本专利技术的基于多元线性回归的变形镜迭代控制系统的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术的具体实施方式提供一种基于多元线性回归的变形镜迭代控制方法，包括求解目标面形的控制参数的步骤，所述求解目标面形的控制参数的步骤包括S1至S4：S1、向所述变形镜施加多组不同的随机控制参数，并实时记录变形镜相应的面形泽尼克系数向量；基于变形镜的影响函数矩阵、控制参数和面形泽尼克系数向量(或称“泽尼克系数向量”)三者之间的关联关系，利用所述多组不同的随机控制参数及其对应的多个面形泽尼克系数向量求解所述变形镜的影响函数矩阵；S2、向所述变形镜施加一组初始化的迭代控制参数并测量相应的实际面形；S3、计算实际面形与所述目标面形之间的面形差值，并判断所述面形差值是否小于预设阈值；若是，则将所述初始化的迭代控制参数作为所述目标面形的控制参数，结束；若否，则执行步骤S4；S4、基于所述关联关系，求解所述面形差值的差值控制参数，并根据所述差值控制参数更新所述迭代控制参数；利用更新的迭代控制参数返回执行步骤S2，并不断重复步骤S2至S4，直至实际面形与所述目标面形的差值小于所述预设阈值时，将当前施加的迭代控制参数作为所述目标面形的控制参数，结束。根据影响函数理论，变形镜的影响函数矩阵包含了变形镜镜面面形本征模式、电压信号本征模式以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多元线性回归的变形镜迭代控制方法，包括求解目标面形的控制参数的步骤，所述求解目标面形的控制参数的步骤包括：S1、向所述变形镜施加多组不同的随机控制参数，并实时记录变形镜相应的面形泽尼克系数向量；基于变形镜的影响函数矩阵、控制参数和面形泽尼克系数向量三者之间的关联关系，利用所述多组不同的随机控制参数及其对应的多个面形泽尼克系数向量求解所述变形镜的影响函数矩阵；S2、向所述变形镜施加一组初始化的迭代控制参数并测量相应的实际面形；S3、计算实际面形与所述目标面形之间的面形差值，并判断所述面形差值是否小于预设阈值；若是，则将所述初始化的迭代控制参数作为所述目标面形的控制参数，结束；若否，则执行步骤S4；S4、基于所述关联关系，求解所述面形差值的差值控制参数，并根据所述差值控制参数更新所述迭代控制参数；利用更新的迭代控制参数返回执行步骤S2，并不断重复步骤S2至S4，直至实际面形与所述目标面形的差值小于所述预设阈值时，将当前施加的迭代控制参数作为所述目标面形的控制参数，结束。

【技术特征摘要】
1.一种基于多元线性回归的变形镜迭代控制方法，包括求解目标面形的控制参数的步骤，所述求解目标面形的控制参数的步骤包括：S1、向所述变形镜施加多组不同的随机控制参数，并实时记录变形镜相应的面形泽尼克系数向量；基于变形镜的影响函数矩阵、控制参数和面形泽尼克系数向量三者之间的关联关系，利用所述多组不同的随机控制参数及其对应的多个面形泽尼克系数向量求解所述变形镜的影响函数矩阵；S2、向所述变形镜施加一组初始化的迭代控制参数并测量相应的实际面形；S3、计算实际面形与所述目标面形之间的面形差值，并判断所述面形差值是否小于预设阈值；若是，则将所述初始化的迭代控制参数作为所述目标面形的控制参数，结束；若否，则执行步骤S4；S4、基于所述关联关系，求解所述面形差值的差值控制参数，并根据所述差值控制参数更新所述迭代控制参数；利用更新的迭代控制参数返回执行步骤S2，并不断重复步骤S2至S4，直至实际面形与所述目标面形的差值小于所述预设阈值时，将当前施加的迭代控制参数作为所述目标面形的控制参数，结束。2.如权利要求1所述的变形镜迭代控制方法，其特征在于：所述关联关系是A＝G·V，其中，G为所述变形镜的影响函数矩阵，V为代表一组控制参数的列向量，A为施加控制参数向量V而得到的面形泽尼克系数向量。3.如权利要求2所述的变形镜迭代控制方法，其特征在于：步骤S1具体包括以下步骤S11至S16：S11、向所述变形镜施加一组随机控制参数，并实时测量变形镜相应的面形数据，记录对应的面形泽尼克系数向量，得到一个样本；所述一个样本由一组随机控制参数和对应的面形泽尼克系数向量构成；S12、利用m组不同的随机控制参数重复步骤S11，得到m个所述样本；其中，一组随机控制参数是一个含n个元素的列向量，对应的面形泽尼克系数向量是含k个元素的列向量，影响函数矩阵为k×n的矩阵；n≥1，m≥1，k≥1；S13、将m个样本的m组随机控制参数依次按列排序组成n×m的参数矩阵，将m个样本的m个面形泽尼克系数向量依次按列排序组成k×m的系数矩阵；S14、以所述参数矩阵为自变量，以所述系数矩阵的第一行为因变量，进行多元线性回归分析，得到含有n个线性回归系数的行向量；S15、对所述n个线性回归系数进行校正，得到所述影响函数矩阵的第一行；S16、自变量不变，依次以所述系数矩阵的第二行...

【专利技术属性】
技术研发人员：程雪岷，郝群，李恒，赵永进，闫磊，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，北京理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44