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随机并行梯度下降湍流场光束净化的实时校正实验研究

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光学学报 2009年第3期29卷 582-586页

作者：王三宏梁永辉龙学军谢文科毛宏军于起峰国防科学技术大学光电科学与工程学院湖南长沙410073

自适应光学技术可用于补偿高能激光系统出射光束的波前畸变以改善光束质量。为研究随机并行梯度下降(SPGD)自适应光学方法用于光束净化的可行性,分别采用高速光电探测器和高速变形镜作为系统性能评价函数的测量器件和波前校正器件,搭建... 详细信息

自适应光学技术可用于补偿高能激光系统出射光束的波前畸变以改善光束质量。为研究随机并行梯度下降(SPGD)自适应光学方法用于光束净化的可行性,分别采用高速光电探测器和高速变形镜作为系统性能评价函数的测量器件和波前校正器件,搭建了迭代速率为100Hz的SPGD自适应光学系统,并且对通电电阻丝产生的湍流所造成的动态波前畸变进行了实时校正。实验结果显示,此套自适应光学系统能够对在4Hz以下频率范围内缓慢变化的动态波前畸变进行实时校正,针孔中远场光斑的能量提高2.2倍,稳定性提高1.4倍。这表明SPGD自适应光学系统用于光束净化是可行的。

关键词：自适应光学光束净化随机并行梯度下降动态畸变针孔

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随机并行梯度下降图像匹配方法

实验力学 2013年第6期28卷 663-668页

作者：伏思华姜广文龙学军于起峰国防科技大学光电科学与工程学院湖南长沙410073

基于灰度的图像匹配方法具有匹配精度高等优点,但在实时性方面还存在不足。本文提出一种基于随机并行梯度下降优化算法的快速图像匹配方法,该方法同时对匹配图像间所有的变形参数施加相互统计独立的随机扰动,然后计算扰动前后待匹配图... 详细信息

基于灰度的图像匹配方法具有匹配精度高等优点,但在实时性方面还存在不足。本文提出一种基于随机并行梯度下降优化算法的快速图像匹配方法,该方法同时对匹配图像间所有的变形参数施加相互统计独立的随机扰动,然后计算扰动前后待匹配图像间性能评价函数的改变量,并用这一改变量对变形参数进行更新,进行迭代运算,最终实现快速的最优变形参数估计及图像匹配。将SPGD匹配方法用于对仿真和真实的图像序列中的目标进行跟踪,均证明了该匹配方法能进行正常匹配,匹配精度和最小二乘方法相当,但速度要较最小二乘匹配方法快。

关键词：图像匹配随机并行梯度下降随机扰动最优参数估计

基于分段随机扰动幅值的随机并行梯度下降算法研究

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中国激光 2014年第7期41卷 222-227页

作者：吴健杨慧珍龚成龙中国矿业大学信息与电气工程学院江苏徐州221116 淮海工学院电子工程学院江苏连云港222005

为了提高随机并行梯度下降(SPGD)算法的收敛速度,提出了分段随机扰动幅值的改进方法。从理论上分析了固定增益系数时,随机扰动幅值对SPGD算法收敛速度的影响;提出了分段随机扰动幅值的改进方法;基于61单元变形镜,建立无波前探测自适应... 详细信息

为了提高随机并行梯度下降(SPGD)算法的收敛速度,提出了分段随机扰动幅值的改进方法。从理论上分析了固定增益系数时,随机扰动幅值对SPGD算法收敛速度的影响;提出了分段随机扰动幅值的改进方法;基于61单元变形镜,建立无波前探测自适应光学系统模型,对前65阶Zernike多项式模拟的满足Kolmogorov谱的大气湍流畸变波前进行校正。结果表明,采用分段随机扰动幅值的SPGD算法比固定最佳随机扰动幅值时传统SPGD算法的收敛速度提高了近1.6倍,证明了该改进算法的可行性。

关键词：自适应光学波前校正随机并行梯度下降分段随机扰动幅值

基于随机并行梯度下降算法自适应光学系统的校正残差分析

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光学学报 2010年第3期30卷 613-617页

作者：周朴王小林马阎星马浩统许晓军刘泽金国防科学技术大学光电科学与工程学院湖南长沙410073

对自适应光学系统随机并行梯度下降控制的校正残差进行了分析。通过对随机并行梯度下降（SPGD）算法校正静态像差的数值模拟,定标出了算法收敛时间与系统变形镜校正单元数的关系。建立了基于随机并行梯度下降算法自适应光学系统的简化... 详细信息

对自适应光学系统随机并行梯度下降控制的校正残差进行了分析。通过对随机并行梯度下降（SPGD）算法校正静态像差的数值模拟,定标出了算法收敛时间与系统变形镜校正单元数的关系。建立了基于随机并行梯度下降算法自适应光学系统的简化控制模型,根据湍流大气的时间功率谱,推导了算法收敛时间与校正残差之间的解析表达式。结果表明,采用N个校正单元的自适应光学系统补偿Greenwood频率大小为f_G的大气湍流带来的动态像差,为保证校正残差σ~2〈λ/10,随机并行梯度下降算法的迭代速率需大于86 Nf_G。根据一组典型的计算结果指出了自适应光学系统随机并行梯度下降控制作用距离的有限性。

关键词：自适应光学随机并行梯度下降残差

基于随机并行梯度下降方法的动态光束净化实验研究

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光学学报 2009年第1期29卷 97-101页

作者：王三宏梁永辉龙学军于起峰国防科学技术大学光电科学与工程学院湖南长沙410073

高能激光系统中通常包含光束净化装置以对激光器出射光束的波前畸变进行连续校正。为研究随机并行梯度下降自适应光学方法在光束净化问题上的可行性,按算法运行时序连续改变37单元变形镜的面形,以在实验光路中引入高能激光器输出光束的... 详细信息

高能激光系统中通常包含光束净化装置以对激光器出射光束的波前畸变进行连续校正。为研究随机并行梯度下降自适应光学方法在光束净化问题上的可行性,按算法运行时序连续改变37单元变形镜的面形,以在实验光路中引入高能激光器输出光束的常见动态波前畸变,同时采用随机并行梯度下降算法控制同一变形镜对此动态畸变进行校正。实验结果显示,在事先消除系统初始像差的情况下,系统分别以1 kHz和2 kHz的模拟迭代速率工作时,激光束的动态像差都得到了充分抑制,光束质量在整个校正时段内始终维持在较好水平。这表明随机并行梯度下降自适应光学方法应用在光束净化系统中是可行的。

关键词：自适应光学光束净化随机并行梯度下降动态畸变变形镜

基于随机并行梯度下降算法的InSAR相位解缠方法

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计算机工程与科学 2015年第3期37卷 611-615页

作者：杨新锋宋长斌刘克成南阳理工学院计算机与信息工程学院河南南阳473004 南阳广播电视大学河南南阳473004

相位解缠是干涉合成孔径雷达InSAR数据处理中的一个关键步骤,解缠结果的好坏直接影响最终数字高程模型的精度。介绍了一种基于随机并行梯度下降SPGD算法的解缠方法,该方法对图像中各相位点施加随机并行扰动,通过迭代使得解缠误差代价函... 详细信息

相位解缠是干涉合成孔径雷达InSAR数据处理中的一个关键步骤,解缠结果的好坏直接影响最终数字高程模型的精度。介绍了一种基于随机并行梯度下降SPGD算法的解缠方法,该方法对图像中各相位点施加随机并行扰动,通过迭代使得解缠误差代价函数收敛到全局最优值,从而实现相位解缠的目的。模拟和实测数据实验结果表明,相较于最小二乘解缠方法,随机并行梯度下降解缠算法精度更高,且原理简单,易于实现,为相位解缠提供了一个全新的思路。

关键词：相位解缠干涉合成孔径雷达随机并行梯度下降最小二乘

随机并行梯度下降图像匹配方法性能研究及优化

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微计算机信息 2012年第9期28卷 425-426,450页

作者：李松洋伏思华龙学军王三宏韩海涛国防科大光电科学与工程学院

随机并行梯度下降图像匹配方法是一种全新的图像匹配方法,该方法同时对所有的变形参数施加相互统计独立的随机扰动,并以相关系数随机梯度分量代替真实的梯度分量进行迭代运算,使之能够快速地得到最优参数估计。在编程实现该技术方案的... 详细信息

随机并行梯度下降图像匹配方法是一种全新的图像匹配方法,该方法同时对所有的变形参数施加相互统计独立的随机扰动,并以相关系数随机梯度分量代替真实的梯度分量进行迭代运算,使之能够快速地得到最优参数估计。在编程实现该技术方案的过程中,匹配坐标系选取、双边或单边扰动方式等因素对匹配效果影响明显。本文主要从这两个方面对匹配性能的影响进行分析研究并采取优化措施,使该方法得到进一步完善。

关键词：随机并行梯度下降图像匹配匹配坐标系选取扰动方式

基于分段随机扰动幅值的随机并行梯度下降算法研究

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基于分段随机扰动幅值的随机并行梯度下降算法研究

作者：吴健中国矿业大学

学位级别：硕士

与常规自适应光学(AO-Adaptive Optics)技术相比,无波前探测AO技术省去了对波前信息的测量和重构,而是将波前校正器所需的控制信号作为优化参数,通过对性能指标的优化与实现,获得近似理想情况下的校正效果。简单的硬件实现、无需测量与... 详细信息

与常规自适应光学(AO-Adaptive Optics)技术相比,无波前探测AO技术省去了对波前信息的测量和重构,而是将波前校正器所需的控制信号作为优化参数,通过对性能指标的优化与实现,获得近似理想情况下的校正效果。简单的硬件实现、无需测量与重构波前信息及对复杂条件情况下较强适应能力的特性,拓展了常规AO技术的应用空间。文中开展了针对基于随机并行梯度下降(SPGD-stochastic parallel gradient descent)算法的无波前探测AO技术及基于分段随机扰动幅值的SPGD算法研究与分析。以数值仿真为主要手段,进行了传统SPGD算法的原理性研究与分析,深层次验证了传统SPGD算法对静态大气湍流波前畸变的校正特性。同时,详细分析了影响传统SPGD算法收敛特性的主要因素,且针对固定增益系数0.85,在初始随机扰动幅值的最优取值范围内分别取不同的值,采用传统SPGD算法对静态大气湍流畸变实施校正。通过仿真分析,随机扰动幅值0.2,传统SPGD算法的收敛特性最优。首先,基于对SPGD算法的详细分析可知,其收敛特性相对较慢,因此本文初步提出了基于分段随机扰动幅值的SPGD算法。其次,基于61单元变形镜,建立无波前探测AO系统模型,进行了针对前65阶Zernike多项式模拟的满足Kolmogorov谱大气湍流畸变波前的校正分析,并初步得出了基于分段随机扰动幅值的SPGD算法校正后的收敛特性较最优参数时传统SPGD算法提高了近1.6倍及最佳分段数L?4(5*c)的结论。同时,间隔c为0.01,分段数L为80,对最优初始随机扰动幅值的取值区间进行了研究与分析,并初步得出了最优取值区间0.3～1.5 rad的结论。最后,建立了光学实验平台,进行了针对AO系统的校正能力的深层次验证。

关键词：自适应光学波前校正随机并行梯度下降分段随机扰动幅值

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大功率调制气流声源阵列的相干合成实验研究

物理学报 2013年第13期62卷 326-334页

作者：周泽民曾新吾龚昌超赵云田章福国防科技大学光电科学与工程学院长沙410073

完成了调制气流声源阵列的相干合成实验.提出了利用主动相位控制方法实现调制气流声源阵列相干合成的思路,介绍了基于随机并行梯度下降算法的声源阵列相干合成的原理.对利用该算法实现声源阵列的相干合成进行了数值模拟,完成了双调制气... 详细信息

完成了调制气流声源阵列的相干合成实验.提出了利用主动相位控制方法实现调制气流声源阵列相干合成的思路,介绍了基于随机并行梯度下降算法的声源阵列相干合成的原理.对利用该算法实现声源阵列的相干合成进行了数值模拟,完成了双调制气流声源阵列在远场的相干合成实验,并给出算法参数的合理设置方案.实验结果显示,基频成分的相干合成效果明显,算法收敛时测点处的声压级相比单源发射增加了4dB,接近于各单源功率谱中基频成分相干合成、其他频率成分非相干合成的结果;结果表明实验中算法能够有效控制各调制气流声源辐射声波的相位,取得了明显的相干合成效果.

关键词：调制气流声源相干合成随机并行梯度下降高阶谐波