液晶光学相控阵的全角度在线效率优化方法研究.pdfVIP

摘要

在当代通信技术领域，自由空间光通信因其高速率、大容量的传输优势而成为

研究的热点。为了解决光学相控阵在自由空间光通信系统中的效率问题，本文围绕

液晶光学相控阵的在线效率优化进行了深入研究，提出了一种创新的控制方案，并

在此基础上研究实现了全角度的效率优化及在线优化方法，显著提高了相控阵在

自由空间光通信中的应用性能。本文的研究内容主要包括：

1.从液晶光学相控阵优化控制的角度，设计了一种软硬件结合的控制方案。在

硬件与软件协同设计方面，选择了XilinxZynq异构集成控制平台和Linux操作系

统，基于平台的异构计算特点，开展了Linux系统在控制平台的移植过程，包括开

发环境配置、启动程序、内核、设备树文件以及根文件系统等。针对液晶光学相控

阵的特定控制需求，开发了相应的系统模块驱动程序，实现了处理器端对硬件资源

的有效操作和调度，通过系统测试验证了控制平台的稳定性。

2.在优化算法方面，本文提出了一种改进的效率优化方法，将电极电压优化求

解转化为对几个关键变量的优化，显著减少了优化参数数量，同时降低了单次优化

迭代的时间开销。根据该方法开展了基于嵌入式系统的程序开发，确保了该优化算

法能够被高效地集成和执行于控制系统之上，为液晶光学相控阵的控制与优化提

供了一种更加高效、可靠的技术方案。

3.基于Zynq控制平台实现了一种在线效率优化方案。该方案使用AXI总线和

改进的效率优化方法显著提高在线优化速度，并且通过对各个角度的逐一优化并

精确记录每个角度的优化参数至特定文件，在角度偏转操作时，系统调用对应角度

的优化参数补偿波控数据，简化优化过程，实现在线优化的效果。

4.对整套优化系统搭建了实验平台并进行实际测试。搭建相控阵效率优化实验

平台，进行了效率优化实验以及在线优化方案的实验测试，实验结果显示，该优化

系统能显著提升相控阵在各个角度下的偏转效率，平均优化迭代73次，最大效率

提升为34%。此外，所开发的在线优化方案平均耗时84ms，验证了其在实际应用

场景中实现在线效率优化的能力。

关键词：液晶光学相控阵，嵌入式开发，闭环优化，光束控制

ABSTRACT

Inthefieldofcontemporarycommunicationtechnology,free-spaceoptical

communicationhasbecomearesearchhotspotduetoitshigh-speedandlarge-capacity

transmissionadvantages.Toaddresstheefficiencyissuesofopticalphasedarraysinfree-

spaceopticalcommunicationsystems,Thesisconductsanin-depthstudyontheonline

efficiencyoptimizationofliquidcrystalopticalphasedarrays,proposinganinnovative

controlscheme.Basedonthis,itachievesfull-angleefficiencyoptimizationandonline

optimizationmethods,significantlyimprovingtheapplicationperformanceofthephased

arrayinfree-spaceopticalcommunication.Theresearchcontentofthesismainlyincludes:

1.Fromtheperspectiveofoptimizingcontrolfortheliquidcrystalopticalphased

array,acontrolschemecombiningbothhardwareandsoftwarewasdesigned.Intermsof

hardwareandsoftwareco-design,theXilinx