自适应优化算法在空间光波前畸变校正中的应用与改进

"该文档详细探讨了空间光波前畸变校正中的元启发式SPGD算法，聚焦于自由空间光通信系统中的大气湍流影响以及自适应光学技术的应用。文章指出，WFS-less AO系统因其简洁的结构和无需波前测量的优势而受到关注，而SPGD算法因其高效和易实现的特性成为热门选择。尽管如此，SPGD算法在不同条件下的收敛速度和全局最优寻优能力仍有待改进。" 在自由空间光通信(FSOC)系统中，激光信号通过大气传输时会受到大气湍流的影响，导致光波前产生畸变，影响通信质量和效率。为解决这一问题，研究人员采用了一系列技术，包括大孔径接收、分集技术、部分相干光技术以及自适应光学(AO)技术。其中，AO技术以其动态检测和实时校正光束波前的能力脱颖而出。 AO系统主要分为两类：基于波前传感器的系统和无波前传感器的系统。WFS-less AO系统不依赖于波前传感器，而是依赖于波前畸变校正算法来优化校正器的控制信号，通过迭代实现畸变校正。SPGD算法是此类应用中常用的一种算法，但由于参数选择、初始值敏感性和可能陷入局部最优等问题，其性能受到限制。 针对SPGD算法的局限性，学者们进行了改进，如引入自适应增益和联合指标优化，或者结合Adam优化器和自适应增益系数，以提高算法的收敛速度和全局寻优能力。然而，这些方法在应对局部极值点问题上仍有不足。 元启发式SPGD算法可能是解决这一问题的一种策略，它结合了多样的优化策略，以更智能的方式寻找全局最优解，同时可能提高了算法在不同环境条件下的适应性。这类算法通常包括了多策略的组合，比如遗传算法、模拟退火、粒子群优化等，以克服传统SPGD算法的局限，提升其在复杂环境下的性能表现。 总结来说，本文档讨论了FSOC中波前畸变的挑战，介绍了WFS-less AO系统和SPGD算法，并概述了针对SPGD算法的优化研究，特别是元启发式方法的潜力，这为提高自由空间光通信的效率和稳定性提供了新的思路。