en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2020-87-05-31-41
Проверка эффективности алгоритма стохастического параллельного градиентного спуска для юстировки двухзеркальных телескопов
Полный текст «Оптического журнала»
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Min Li, Xin Liu, Ang Zhang, Hao Xian. Проверка эффективности алгоритма стохастического параллельного градиентного спуска для юстировки двухзеркальных телескопов. 2020. Т. 87. № 5. С. 31–41. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-05-31-41
Min Li, Xin Liu, Ang Zhang, Hao Xian. Testing of the stochastic parallel gradient descent algorithm to the alignment of a two-mirror telescope, [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2020. V. 87. № 5. P. 31–41. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-05-31-41
Одним из ключевых факторов обеспечения высокого качества изображения телескопов с широким полем зрения является точность их юстировки. Обычно используется какой-либо алгоритм, оптимизирующий функцию резкости и нацеленный на упрощение измерительной системы и вычислительных процедур и расширение областей применения. Описано применение алгоритма максимизации функции резкости с использованием алгоритма стохастического параллельного градиентного спуска для юстировки двухзеркального телескопа Кассегрена. Выполнено как численное моделирование, так и экспериментальная проверка, подтвердившие эффективность этого подхода. Удовлетворительная юстировка достигалась уже через несколько итераций. Для подтверждения точности юстировки контролировались ошибки формы волнового фронта с использованием датчика Гартмана–Шека. Результаты подтвердили возможность быстрой и точной юстировки сильно разъюстированного телескопа с сопутствующим значительным улучшением качества изображения.
юстировка телескопов, функция резкости, алгоритм стохастического параллельного градиентного спуска, среднеквадратичный радиус ошибки
Коды OCIS: 220.1140, 220.1000, 080.1010, 120.0120
Список источников:1. Gu Z.Y., Yan C.X., Wang Y. Alignment of a three-mirror anastigmatic telescope using nodal aberration theory // Opt. Exp. V. 19. № 23. P. 25182–25101.
2. Luna E., Cordero A., Valdez J., Gutiérrez L., Salas L. Telescope alignment by out-of-focus stellar image analysis // Publ. Astron. Soc. Pac. V. 755. № 111. P. 104–110.
3. Luna E., Zazueta S., Gutiérrez L. An innovative method for the alignment of astronomical telescopes // Publ. Astron. Soc. Pac. № 113. P. 379–384.
4. Yang H.S., Lee Y.W., Kim E.D., Choi Y.W., Aziz Ad., Rasheed Ad. Alignment methods for Cassegrain and RC telescope with wide field of view // Proc. SPIE. 2004. V. 5528. P. 334–341.
5. Manuel A.M. Field-dependent aberrations for misaligned reflective optical systems // Thesis. PhD. University of Arizona, Optical Sciences Center, 2009. (Citable URI: https://repository.arizona.edu/handle/10150/193941).
6. Grey L.D. Control and alignment of the Hubble space telescope // Proc. SPIE. 1986. V. 0628. P. 443–450.
7. Figoski J.W., Shrode T.E., Moore G.F. Computer-aided alignment of a wide field, three mirror, unobscured, high-resolution sensor // Proc. SPIE. 1989. V. 1049. P. 166–177.
8. Kim S., Yang H.S., Lee Y.W., Kim S.W. Merit function regression method for efficient alignment control of two-mirror optical systems // Opt. Exp. 2007. V. 8. № 15. P. 5059–5068.
9. Lee H., Dalton G.B., Tosh I.A.J., Kim S.-W. Computer-guided alignment II: Optical system alignment using differential wavefront sampling // Opt. Exp. 2007. V. 23. № 15. P. 15424–15437.
10. Kim Y.J., Yang H.S., Lee Y.W. Computer-aided alignment method using RMS WFE value as an optimization criterion // Proc. SPIE. 2012. V. 8491. P. 1–9.
11. Lee Y.H. Alignment of an off-axis parabolic mirror with two parallel He-Ne laser beams // Opt. Eng. 2012. V. 11. № 31. P. 2287–2292.
12. Descour M.R., Willer M.R., Clarke D.S., Volin C.E. EUVL projection-camera alignment methods // Proc. SPIE. 1999. V. 3676. P. 663–668.
13. Descour M.R., Willer M.R., Clarke D.S., Volin C.E. Misalignment modes in high performance optical systems // Opt. Eng. 2000. V. 39. № 7. P. 1737–1747.
14. Gao Z.S., Chen L., Zhou S.Z., Zhu R.H. Computer aided alignment for a reference transmission sphere of an interferometer // Opt. Eng. 2004. V. 43. P. 69–74.
15. Figoski J.W. Alignment and test results of the quick bird telescope using the ball optical system test facility // Proc. SPIE. 1999. V. 3785. P. 99–108.
16. Gonsalves R.A. Phase retrieval from modulus data // JOSA. 1976. V. 66. № 9. P. 961–964.
17. Gerchberg R., Saxton W. Phase determination for image and diffraction plane pictures in the electron microscope // Optik. 1971. Bd. 3. № 35. S. 275–284.
18. Fienup J. Phase-retrieval algorithms for complicated optical system // Appl. Opt. 1982. V. 21. № 15. P. 2758–2769.
19. Paxman R.G., Schulz T.J., Fienup J.R. Joint estimation of object and aberrations by using phase diversity // JOSA A. 1992. V. 9. № 7. P. 1072–1085.
20. Bolcar M., Fienup J. Sub-aperture piston phase diversity for segmented and multi-aperture systems // Appl. Opt. 2009. V. 48. № 1. P. A5–A12.
21. Muller R.A., Buffington A. Real-time correction of atmospherically degraded telescope images through image sharpening // JOSA A. 1974. V. 9. № 64. P. 1200–1210.
22. Fienup J.R., Miller J.J. Aberration corrected by maximizing generalized sharpness metrics // JOSA A. 2003. V. 4. № 20. P. 609–620.
23. Dong B., Yu J. Hybrid approach used for extended image-based wavefront sensor-less adaptive optics // Opt. Lett. 2015. V. 13. № 4. P. 041101–041110.
24. Li Z.K., Zhao X.H. BP artificial neural network based wave front correction for sensor-less free space optics communication // Opt. Commun. 2017. V. 385. P. 219–228.
25. Vorontsov M.A., Carhart G.W. Adaptive optics based on analog parallel stochastic optimization: Analysis and experimental demonstration // JOSA A. 2000. V. 8. № 17. P. 1440–1453.
26. Mukai R., Wilson K., Vilnrotter V. Application of genetic and gradient descent algorithms to wavefront compensation for the deep-space optical communications receiver // The Interplanetary Network Progress Report. 2005. P. 1–21.
27. Zommer S., Ribak E.N., Lipson S.G., and Adler J. Simulated annealing in ocular adaptive optics // Opt. Lett. 2006. V. 31. № 7. P. 939–941.
28. Yang H.Z., Li X.Y., Jiang W.H. Comparison of several stochastic parallel optimization control algorithms for adaptive optics system // High Power Laser and Particle Beams. 2008. V. 1. № 20. P. 11–16.
29. Vorontsov M.A., Carhart G.W. Adaptive phase-distortion correction based on parallel gradient-descent optimization // Opt. Lett. 1997. V. 22. № 12. P. 907–909.
30. Yang H.Z., Li X.Y., Gong C.L., Jiang W.H. Restoration of turbulence degraded extended object using the stochastic parallel gradient descent algorithm: Numerical simulation // Opt. Exp. 2009. V. 17. № 5. P. 3052–3062.
31. Dong B., Ren D.Q., Zhang X. Stochastic parallel gradient descent based adaptive optics used for a high contrast imaging coronagraph // Res. Astron. Astrophys. 2011. V. 8. № 11. P. 997–1002.
32. Riker J.F., Polnau E., Lachinova S.L., Rao Gudimetla V.S. Adaptive beam director for a tiled fiber array // AMOS Conference. 2006. P. 92.
33. Marchi G., Scheifling C. Adaptive optics concepts and systems for multipurpose applications at near horizontal line of sight: Developments and results // Proc. SPIE. 2009. V. 7476. P. 74760–74769.
34. Carrizo C.E., Calvo R.M., Belmonte A. Intensity-based adaptive optics with sequential optimization for laser communications // Opt. Exp. 2018. V. 13. № 26. P. 16044–16053.
35. Han X.Z., Xin Y., Bing D. Use the stochastic parallel gradient descent control algorithm to calibrate the second mirror in a three-mirror system // Laser & Optoelectronics Progress. 2010. V. 47. № 4. P. 042201.
36. Vorontsov M.A., Sivokon V.P. Stochastic parallel gradient descent technique for high resolution wavefront phase distortion correction // JOSA A. 1998. V. 15. № 10. P. 2745–2758.
37. Fu Q., Pott J.-U., Shen F., Rao C.H., Li X.Y. Stochastic parallel gradient descent optimization based on decoupling of the software and hardware // Opt. Commun. 2014. V. 310. P. 138–149.
38. Wang X.L., Zhou P., Ma Y.X., Leng J.Y., Xu X.J., Liu Z.J. Active phasing a nine-element 1.14 kW all-fiber two-tone MOPA array using SPGD algorithm // Opt. Lett. 2011. V. 16. № 36. P. 3121–3123.
39. Geng C., Luo W., Tan Y., Liu H.M., Mu J.B., Li X.Y. Experimental demonstration of using divergence cost-function in SPGD algorithm for coherent beam combining with tip/tilt control // Opt. Exp. 2013. V. 21.№ 21. P. 25045–25055. 40. Dong B., Yu J. Hybrid approach used for extended image-based wavefront sensor-less adaptive optics // Opt. Lett. 2015. V. 13. № 4. P. 041101–041110.