【摘要】：激光無(wú)線能量傳輸是一種以空氣為媒介以電磁波形式傳遞能量的技術(shù)。激光作為載體實(shí)施長(zhǎng)距離能量傳遞是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)�？諝庵写髿馔牧鞯臄_動(dòng)引起接收端激光束波前相位畸變,致使靶面光斑分布不均勻并造成嚴(yán)重的傳輸能量損耗。為解決激光傳輸過(guò)程中的大氣湍流的影響,論文提出了一套基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的能量補(bǔ)償方案。所使用的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)包括波前傳感器,波前控制器,以及波前校正器,其中波前校正器的相關(guān)校正算法直接影響能量補(bǔ)償效果。論文深入分析所提出的自適應(yīng)光學(xué)能量補(bǔ)償系統(tǒng)的工作機(jī)理,根據(jù)Kolmogorov湍流理論進(jìn)行傳輸通道建模,利用Zernike多項(xiàng)式擬合大氣湍流信道造成的波前像差。在此基礎(chǔ)上圍繞激光無(wú)線能量傳輸大氣衰耗補(bǔ)償算法開展研究,針對(duì)波前控制器的具體算法進(jìn)行仿真測(cè)試。首先,在波前控制器中采用隨機(jī)并行梯度下降算法(SPGD,stochastic parallel gradient descent),探究其在不同大氣湍流干擾形成的初始像差下SPGD算法對(duì)激光無(wú)線能量傳輸?shù)难a(bǔ)償效果。結(jié)果表明SPGD對(duì)于大氣湍流引起的離散光斑有著較好的匯聚效果。在SPGD算法的校正下,接收端的能量集中度明顯提高。為了更加全面的驗(yàn)證該系統(tǒng)的普遍適用性,對(duì)比SPGD算法在不同湍流強(qiáng)度下的校正效果,結(jié)果表明SPGD算法在不同的湍流擾動(dòng)強(qiáng)度下均能顯現(xiàn)出較好的收斂性。但是該系統(tǒng)也存在著收斂速度較慢,以及SPGD算法容易陷入局部最優(yōu)值的問(wèn)題,這會(huì)嚴(yán)重影響到能量補(bǔ)償系統(tǒng)的性能。然后,論文提出融合機(jī)器學(xué)習(xí)方法的SPGD算法,解決傳統(tǒng)的SPGD算法的上訴弊端。它在波前控制器中引入了深度學(xué)習(xí)方法,設(shè)計(jì)了一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(CNN,convolutional neural networks)對(duì)波前圖像進(jìn)行分類,直接對(duì)應(yīng)波前校正器所需的初始電壓。該模型能夠在學(xué)習(xí)樣本比較充足的前提下,可對(duì)不同大氣湍流影響而產(chǎn)生的光斑圖像進(jìn)行分類學(xué)習(xí)。在模型訓(xùn)練完畢之后,任意的一組Zernike系數(shù)所等效的大氣湍流波前光斑圖像都能被CNN模型進(jìn)行分類。結(jié)果表明融合了CNN方法的SPGD算法,明顯提高整個(gè)能量傳輸系統(tǒng)的響應(yīng)速度,同時(shí)局部收斂的問(wèn)題得到改善,激光無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)的效率也得到了提高。本文對(duì)于激光無(wú)線能量傳輸在大氣傳播過(guò)程中的衰耗補(bǔ)償方法進(jìn)行了研究,提出了兩套解決方案,在一定程度上提高了系統(tǒng)的能量傳輸效率,為將來(lái)激光能量補(bǔ)償?shù)脑趯?shí)際中的應(yīng)用提供了相應(yīng)的理論指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN24
【圖文】：

第 2 章 自適應(yīng)光學(xué)在激光能量傳輸系統(tǒng)中能量補(bǔ)償原理下，有一定的相關(guān)性。( , )是單位圓內(nèi)的 Zernike 多項(xiàng)式極坐標(biāo)表達(dá)，其中 r a( 0 1)，r和a分別代表了光斑上某一點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)的半徑以及光斑的半徑[31]。為了更好的去觀察與理解像差，我們利用 Matlab 仿真程序模擬生成了前 15階的 Zernike 多項(xiàng)式每一階所代表的波前像差圖，如圖 2.3 所示，通過(guò)觀察仿真圖我們可以看出，多項(xiàng)式階數(shù)的提高 Zernike 多項(xiàng)式呈現(xiàn)出的像差有著向復(fù)雜演化的趨勢(shì)，在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，我們可以利用 Zernike 多項(xiàng)式對(duì)波前進(jìn)行重構(gòu)，波前畸變的形狀就是利用各階 Zernike 多項(xiàng)式乘以各自的權(quán)重在單位圓內(nèi)得到的結(jié)果[32]。

遠(yuǎn)高于氣體和固體激光器（約 30％）。因此，在該實(shí)驗(yàn)中使用激光波長(zhǎng)為 532nm 的半導(dǎo)體激光器。圖 3.1 給出了能量補(bǔ)償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架。在該系統(tǒng)中，激光從激光源發(fā)射，在大氣傳播的過(guò)程中受到大氣湍流的影響，相位發(fā)生改變，引起相位差 ( r)。然后激光通過(guò)棱鏡到達(dá)波前校正器——可變形反射鏡 DM[34]，之后激光再次通過(guò)棱鏡，到達(dá)分束器后，大部分激光進(jìn)入光伏電池，小部分激光進(jìn)入 CCD 相機(jī)。CCD攝像機(jī)將檢測(cè)到的圖像信息發(fā)送到圖像采集卡，然后由計(jì)算機(jī)分析圖像，并利用能量補(bǔ)償算法產(chǎn)生變形鏡的控制電壓1 2 61u {u , u , , u }�？刂齐妷菏怯糜诳刂� 61單元變形鏡的面型以產(chǎn)生補(bǔ)償相位 u ( r )，隨著迭代次數(shù)的增加，補(bǔ)償相位 u ( r)不斷向最優(yōu)解逼近，殘余像差 ( r)將減小到 ( r ) ( r ) +u ( r)一個(gè)可以被接受的范圍之內(nèi)。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馬海虹;楊亞寧;張睿奇;趙寶軍;戚楠;;空間網(wǎng)絡(luò)無(wú)線能量傳輸技術(shù)研究進(jìn)展[J];空間電子技術(shù);2018年02期

2 王全;;集總參數(shù)電磁人工超材料在無(wú)線能量傳輸中的應(yīng)用[J];信息通信;2016年11期

3 李興田;馬光同;楊晨;王志濤;;涂層超導(dǎo)體無(wú)線能量傳輸理論研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（英文）[J];低溫物理學(xué)報(bào);2016年04期

4 劉柱;陳志璋;林先其;趙華鵬;李金艷;;磁諧振耦合無(wú)線能量傳輸?shù)难芯烤C述[J];南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年01期

5 鄭艷華;林杰凱;章秀銀;麥曉冬;;一種基于磁耦合諧振式的高效率雙頻無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)[J];南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年01期

6 楊恒旭;張振超;匡正;吳鳴;楊軍;;壓電直流無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)研究[J];電聲技術(shù);2016年10期

7 李瓊;羅春花;;磁耦合無(wú)線能量傳輸天線研究[J];價(jià)值工程;2017年07期

8 陳華君;袁麗娜;;無(wú)線能量傳輸在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用[J];現(xiàn)代鹽化工;2017年01期

9 閆嘯宇;楊世春;何紅;楊海圣;徐斌;劉治鋼;;無(wú)線能量傳輸負(fù)載自適應(yīng)的頻率分叉邊界控制[J];電源學(xué)報(bào);2017年02期

10 張麗娟;劉鋒;;基于無(wú)線能量傳輸?shù)某潆娖脚_(tái)設(shè)計(jì)及其性能分析[J];電子測(cè)量技術(shù);2017年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 肖桂良;;無(wú)線能量傳輸技術(shù)概述[A];《IT時(shí)代周刊》論文專版（第300期）[C];2014年

2 崔曉熙;劉國(guó)希;董蜀湘;;低頻下的無(wú)線能量傳輸與磁場(chǎng)通訊[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

3 何彬陽(yáng);孔翔鴻;華立群;肖高標(biāo);毛軍發(fā);;非正定磁性超材料透鏡在無(wú)線能量傳輸中的應(yīng)用[A];2017年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2017年

4 李龍;;基于電磁超表面的無(wú)線能量傳輸與收集技術(shù)研究[A];2018年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集(上冊(cè))[C];2018年

5 喻易強(qiáng);彭思培;陳孝平;;一種基于磁諧振耦合模式的平面型無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)[A];2015年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集[C];2015年

6 黃登祥;林先其;;基于阻抗匹配調(diào)節(jié)的高效率磁諧振耦合無(wú)線能量傳輸[A];2017年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集(上冊(cè)二)[C];2017年

7 于歆杰;;基于磁電層狀復(fù)合材料的無(wú)線能量傳輸[A];新觀點(diǎn)新學(xué)說(shuō)學(xué)術(shù)沙龍文集57：無(wú)線電能傳輸關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題與應(yīng)用前景[C];2011年

8 賀少勃;陳遠(yuǎn)斌;於海武;楊東;郭良福;力一崢;劉勇;劉建國(guó);王琳;;高功率激光放大器中的能量傳輸[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)（2005）[C];2005年

9 朱春波;;用于移動(dòng)設(shè)備的非接觸供電技術(shù)應(yīng)用研究[A];新觀點(diǎn)新學(xué)說(shuō)學(xué)術(shù)沙龍文集57：無(wú)線電能傳輸關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題與應(yīng)用前景[C];2011年

10 黃虎;瞿丹;琚興寶;;新型高效反饋式激光能量傳輸方法實(shí)驗(yàn)研究[A];第十七屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)——分6　中國(guó)海洋工程裝備技術(shù)論壇論文集[C];2015年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前5條

1 濟(jì)南軍區(qū)某部 馮東明 李旭光 楊發(fā)倫;無(wú)線充電：能量傳輸?shù)母锩黐N];解放軍報(bào);2012年

2 華泰證券分析師 周毅;無(wú)線充電：傳輸投資新機(jī)會(huì)[N];證券時(shí)報(bào);2014年

3 ;濮祖蔭：揭示地球空間能量傳輸過(guò)程的奧秘[N];科技日?qǐng)?bào);2003年

4 記者 唐鳳;不用電就能幫建筑降溫[N];中國(guó)科學(xué)報(bào);2019年

5 本報(bào)記者 覃澤文;電力傳輸或?qū)⑨j釀?lì)嵏彩礁锩黐N];中國(guó)能源報(bào);2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張金;近場(chǎng)耦合中距離無(wú)線能量傳輸技術(shù)的研究[D];南京郵電大學(xué);2016年

2 吳偉;無(wú)線攜能通信系統(tǒng)安全通信與高效能量傳輸技術(shù)研究[D];南京郵電大學(xué);2017年

3 劉柱;基于陣列線圈磁耦合共振無(wú)線能量傳輸?shù)难芯縖D];電子科技大學(xué);2018年

4 bF梓軒;非輻射式無(wú)線電磁能量傳輸結(jié)構(gòu)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

5 劉曉晴;無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)收發(fā)機(jī)聯(lián)合優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2019年

6 劉小暢;磁耦合諧振式無(wú)線能量傳輸若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];武漢大學(xué);2015年

7 孫桂林;高效無(wú)線能量傳輸及可植入人體的傳輸輻射一體化研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

8 李學(xué)平;視覺假體能量和數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安理工大學(xué);2018年

9 薛凱峰;微機(jī)電系統(tǒng)多維無(wú)線能量傳輸技術(shù)的研究與應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2011年

10 于樂;面向水下應(yīng)用的無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李桐;基于能量傳輸?shù)臒o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源分配策略研究[D];西南科技大學(xué);2019年

2 谷嘉冀;激光能量傳輸大氣衰耗補(bǔ)償方法研究[D];吉林大學(xué);2019年

3 申國(guó)君;基于改進(jìn)雞群算法的無(wú)線能量傳輸陣列天線方向圖優(yōu)化[D];吉林大學(xué);2019年

4 王建輝;基于PCB諧振線圈的無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其特性研究[D];廈門大學(xué);2018年

5 明強(qiáng);基于磁共振的無(wú)線能量傳輸信道估計(jì)與電路設(shè)計(jì)[D];南京大學(xué);2019年

6 石泰峽;人工磁導(dǎo)體在無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];太原理工大學(xué);2019年

7 何志強(qiáng);三維全向水下無(wú)線能量傳輸方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

8 張宇;非接觸勵(lì)磁能量傳輸系統(tǒng)的負(fù)載功率前饋閉環(huán)控制研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2018年

9 曹亞洲;小功率感應(yīng)式無(wú)線能量傳輸耦合機(jī)構(gòu)的研究[D];東北石油大學(xué);2018年

10 王法恒;基于中繼線圈的無(wú)線能量傳輸裝置[D];哈爾濱理工大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2733235