本發(fā)明涉及強激光相干合成，尤其涉及一種基于多抖動算法的相干合成的相位延遲、反饋系數(shù)以及積分時間的調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

1、在基于多抖動法實現(xiàn)的相干合成系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)精確的光束相位控制，每一路光都需要使用不同頻率的調(diào)制信號進行調(diào)制，這些調(diào)制信號通過fpga和dac生成，并施加到相位調(diào)制器上進行相位調(diào)制，隨后，使用與每一路調(diào)制信號對應的解調(diào)信號，通過積分運算解調(diào)出每一路的相位控制信號，光電探測器(pd)用于將光強信號轉(zhuǎn)化為電信號，并通過adc進行采樣，送入fpga中進行積分運算處理，最終，利用pid控制算法對每一路光束的相位進行實時補償，補償信號通過fpga和dac反饋給相位調(diào)制器，調(diào)節(jié)光束相位以確保系統(tǒng)的相干性。

2、基于多抖動法實現(xiàn)的相干合成系統(tǒng)在初始化過程中，系統(tǒng)中的每一路光束需要通過不同頻率的調(diào)制信號進行調(diào)制，而由于電路延時、調(diào)制頻率差異以及環(huán)境因素的影響，調(diào)制信號和解調(diào)信號之間會產(chǎn)生相位延時，這些相位延時會影響相干合成系統(tǒng)的性能，因此，必須在系統(tǒng)啟動之前進行調(diào)節(jié)，除了相位延時的調(diào)節(jié)之外，系統(tǒng)在啟動或遇到干擾時，還需要調(diào)整反饋系數(shù)和積分時間，以保證系統(tǒng)具有足夠的相應速度和穩(wěn)定性，為此，需要對相位延時進行矯正，目前，相位延時的矯正方式為手動矯正(即依賴人工干預)來完成各個調(diào)節(jié)參數(shù)的設置和調(diào)整，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行和精確的相位控制(如圖1所示)，此外，反饋系數(shù)和積分時間的調(diào)節(jié)同樣依賴于人工輸入，操作人員需要不斷地調(diào)整這些參數(shù)，并根據(jù)示波器的反饋信息來優(yōu)化系統(tǒng)的上升時間和穩(wěn)定性；

3、人工調(diào)節(jié)方式會存在以下不足之處：

4、1、人工調(diào)節(jié)繁瑣且耗時：在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，操作人員需要手動輸入每一路解調(diào)信號的相位延時，并通過觀察示波器波形來調(diào)整，過程重復且耗時，隨著合成路數(shù)的增加，調(diào)節(jié)時間顯著增長；

5、2、實時性差：系統(tǒng)在啟動或者遇到干擾時，需要調(diào)整反饋系數(shù)和積分時間，以縮短系統(tǒng)的上升時間，傳統(tǒng)方法依賴人工輸入這些參數(shù)，相應時間較慢，無法實時適應系統(tǒng)動態(tài)變化，影響系統(tǒng)的快速調(diào)整能力；

6、3、無法適應復雜環(huán)境變化：電路延時、調(diào)制頻率辯護以及外界環(huán)境干擾等因素都會導致系統(tǒng)性能的波動，傳統(tǒng)人工調(diào)節(jié)方法無法及時應對這些變化，導致系統(tǒng)的穩(wěn)定性和相位控制效果受到影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為了解決現(xiàn)有相干合成系統(tǒng)啟動前相位延遲調(diào)節(jié)、反饋系數(shù)調(diào)節(jié)、積分時間調(diào)節(jié)人工調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)繁瑣、耗時、實時性差、無法適應復雜環(huán)境變化的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于多抖動算法的相干合成的相位延遲、反饋系數(shù)以及積分時間的調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法，通過對相位延遲、反饋系數(shù)、積分時間調(diào)節(jié)方式的改進，能夠簡化調(diào)節(jié)步驟，降低調(diào)節(jié)所耗費的時間，同時，還能夠?qū)崟r進行調(diào)節(jié)，且能夠適應復雜的環(huán)境變化。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于多抖動算法的相干合成的相位延遲、反饋系數(shù)以及積分時間的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括：分束模塊、n個相位調(diào)制器、n個功率放大器、合束模塊、光電探測器、控制板以及上位機，所述分束模塊用于將輸入種子光分束成n路子光束，n個所述相位調(diào)制器分別用于調(diào)制n路子光束的相位，n個所述功率放大器分別用于放大經(jīng)過相位調(diào)制后n路子光束的光功率，所述合束模塊用于將n路經(jīng)過放大光功率后的子光束進行合束處理，所述光電探測器用于將經(jīng)過合束處理后的光束轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過所述光電探測器將cbc合成光icbc轉(zhuǎn)化為電信號后第一部分電信號直接輸入到所述控制板內(nèi)、第二部分電信號通過所述上位機后再輸入到所述控制板內(nèi)，再經(jīng)過所述控制板處理后，以輸出相位延遲φ、反饋系數(shù)kp以及積分時間τ，并將該輸出相位延遲φ、反饋系數(shù)kp以及積分時間τ輸入到所述相位調(diào)制器內(nèi)。

3、由此，根據(jù)光電探測器實時反饋的瞬時光強信號，自主優(yōu)化相位延時，并動態(tài)調(diào)節(jié)反饋系數(shù)kp以及積分時間τ，實現(xiàn)系統(tǒng)性能的自適應優(yōu)化，同時，針對不同調(diào)制信號因電路延時和頻率差異引起的相位不一致性，上位機能夠根據(jù)光強反饋信號動態(tài)調(diào)整相位延時，確保解調(diào)信號和調(diào)制信號的相位一致性，此外，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)啟動、運行以及干擾環(huán)境下，反饋系數(shù)kp以及積分時間τ的最佳參數(shù)會隨著運行狀態(tài)的變化而變化，上位機能夠根據(jù)系統(tǒng)的實時狀態(tài)，動態(tài)調(diào)節(jié)反饋系數(shù)kp以及積分時間τ，確保系統(tǒng)在不同階段均能夠快速響應并穩(wěn)定運行。

4、進一步地，所述上位機的內(nèi)部嵌設有處理單元。

5、進一步地，所述處理單元包括：相干光束合成環(huán)境、狀態(tài)空間、動作空間以及獎勵函數(shù)；其中：相干光束合成環(huán)境用于判斷調(diào)節(jié)系統(tǒng)所處的階段，狀態(tài)空間涵蓋調(diào)節(jié)系統(tǒng)當前的光強信號it，動作空間包括：相位延遲φ、反饋系數(shù)kp以及積分時間τ，獎勵函數(shù)用于評價當前調(diào)節(jié)動作的優(yōu)劣。由此，在狀態(tài)空間與動作空間之間構(gòu)建最優(yōu)策略π*(a|s)，以實現(xiàn)累計獎勵∑rt的最大化。

6、一種基于多抖動算法的相干合成的相位延遲、反饋系數(shù)以及積分時間的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：

7、s1、判斷調(diào)節(jié)系統(tǒng)所處的階段，若該調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于初始化階段，則執(zhí)行s2，若該調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于相位鎖定階段，則執(zhí)行s3；

8、s2、對子光束的相位進行調(diào)節(jié)；

9、s3、對子光束的反饋系數(shù)和積分時間進行調(diào)節(jié)。

10、進一步地，s2中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過光電探測器獲取光強的實時幅度it，并將其作為狀態(tài)輸入至處理單元，所述處理單元根據(jù)信號幅度反饋，動態(tài)更新解調(diào)信號的相位延遲θ。

11、進一步地，s2中，獎勵函數(shù)基于信號幅度增量δi進行設計，信號幅度增量δi的計算公式為：

12、δi＝it-it-1；

13、其中：it表示當前時刻的光強，it-1表示上一時刻的光強。

14、進一步地，s3中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過所述光電探測器獲取光照的實時幅度it，并將狀態(tài)信息輸入至所述處理單元，所述處理單元根據(jù)反饋信號的實時狀態(tài)，輸出調(diào)整后的反饋系數(shù)kp和積分時間τ，動態(tài)更新反饋系數(shù)kp和積分時間τ。

15、進一步地，s3中，獎勵函數(shù)基于誤差信號幅度的變化量δi，誤差信號幅度的變化量δi的計算公式為：

16、δi＝it-it-1；

17、其中：it表示當前時刻的光強，it-1表示上一時刻的光強。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

19、根據(jù)光電探測器實時反饋的瞬時光強信號，自主優(yōu)化相位延時，并動態(tài)調(diào)節(jié)反饋系數(shù)kp以及積分時間τ，實現(xiàn)系統(tǒng)性能的自適應優(yōu)化，同時，針對不同調(diào)制信號因電路延時和頻率差異引起的相位不一致性，上位機能夠根據(jù)光強反饋信號動態(tài)調(diào)整相位延時，確保解調(diào)信號和調(diào)制信號的相位一致性，此外，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)啟動、運行以及干擾環(huán)境下，反饋系數(shù)kp以及積分時間τ的最佳參數(shù)會隨著運行狀態(tài)的變化而變化，上位機能夠根據(jù)系統(tǒng)的實時狀態(tài)，動態(tài)調(diào)節(jié)反饋系數(shù)kp以及積分時間τ，確保系統(tǒng)在不同階段均能夠快速響應并穩(wěn)定運行。

技術(shù)特征：

1.一種基于多抖動算法的相干合成的相位延遲、反饋系數(shù)以及積分時間的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多抖動算法的相干合成的相位延遲、反饋系數(shù)以及積分時間的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(7)的內(nèi)部嵌設有處理單元(701)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多抖動算法的相干合成的相位延遲、反饋系數(shù)以及積分時間的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述處理單元(701)包括：

4.一種根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的基于多抖動算法的相干合成的相位延遲、反饋系數(shù)以及積分時間的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多抖動算法的相干合成的相位延遲、反饋系數(shù)以及積分時間的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，s2中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過光電探測器(5)獲取光強的實時幅度it，并將其作為狀態(tài)輸入至處理單元(701)，所述處理單元(701)根據(jù)信號幅度反饋，動態(tài)更新解調(diào)信號的相位延遲θ。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多抖動算法的相干合成的相位延遲、反饋系數(shù)以及積分時間的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，s2中，獎勵函數(shù)基于信號幅度增量δi進行設計，信號幅度增量δi的計算公式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多抖動算法的相干合成的相位延遲、反饋系數(shù)以及積分時間的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，s3中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過所述光電探測器(5)獲取光照的實時幅度it，并將狀態(tài)信息輸入至所述處理單元(701)，所述處理單元(701)根據(jù)反饋信號的實時狀態(tài)，輸出調(diào)整后的反饋系數(shù)kp和積分時間τ，動態(tài)更新反饋系數(shù)kp和積分時間τ。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于多抖動算法的相干合成的相位延遲、反饋系數(shù)以及積分時間的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，s3中，獎勵函數(shù)基于誤差信號幅度的變化量δi，誤差信號幅度的變化量δi的計算公式為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于多抖動算法的相干合成的相位延遲、反饋系數(shù)以及積分時間的調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法，調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括：分束模塊、N個相位調(diào)制器、N個功率放大器、合束模塊、光電探測器、控制板以及上位機，CBC合成光I<subgt;CBC</subgt;經(jīng)過光電探測器光信號轉(zhuǎn)化為電信號后第一部分電信號直接輸入到控制板內(nèi)、第二部分電信號通過上位機后再輸入到控制板內(nèi)，再經(jīng)過控制板處理后，以輸出相位延遲φ、反饋系數(shù)K<subgt;p</subgt;以及積分時間τ，并將該輸出相位延遲φ、反饋系數(shù)K<subgt;p</subgt;以及積分時間τ輸入到相位調(diào)制器內(nèi)。本發(fā)明根據(jù)光電探測器實時反饋的瞬時光強信號，自主優(yōu)化相位延時，并動態(tài)調(diào)節(jié)反饋系數(shù)K<subgt;p</subgt;以及積分時間τ，實現(xiàn)系統(tǒng)性能的自適應優(yōu)化。

技術(shù)研發(fā)人員：崔海濤,蒲國慶,吳勇,義理林
受保護的技術(shù)使用者：杭州愛鷗光學科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15