基于GS算法的水下涡旋光波前校正技术研究

1

作者 吴鹏飞 陈伟 +2 位作者 雷思琛 丁德强 王惠琴 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期247-259,共13页

海洋湍流信道中折射率的随机起伏会引起涡旋光束波前畸变与模间串扰,进而降低轨道角动量模式的传输概率,影响水下光通信系统的稳定性。针对传统GS算法依赖远场夫琅和费衍射假设、难以表征水下短距离传播的菲涅尔衍射特性,且易陷入局部... 海洋湍流信道中折射率的随机起伏会引起涡旋光束波前畸变与模间串扰,进而降低轨道角动量模式的传输概率,影响水下光通信系统的稳定性。针对传统GS算法依赖远场夫琅和费衍射假设、难以表征水下短距离传播的菲涅尔衍射特性,且易陷入局部最优等问题,故提出了一种面向水下涡旋光束波前校正的改进GS算法。该算法以菲涅尔正/逆衍射替代夫琅和费衍射,引入理想拉盖尔-高斯涡旋光束振幅作为幅度约束,并结合限制区域与负反馈机制实现了算法的快速及稳定收敛,并进行理论及实验验证。仿真结果表明:在中等强度湍流条件下,拓扑荷数L=1的涡旋光束传输概率由0.40提升至0.98;在不同拓扑荷数、传输距离、动能耗散率、均方温度耗散率及温盐比等参数变化下,改进GS算法均表现出优于传统GS的鲁棒性与校正精度。基于空间光调制器模拟海洋湍流结果表明:改进GS算法平均约120次迭代收敛,光强相关系数由0.64提升至0.82;相较传统GS算法,传输概率提升约20%,收敛速度提升约25%,光强相关系数提高约3.8%。水箱实验中,校正前平均光强相关系数为0.77、方差8.2×10^(-5),传统GS校正后为平均光强相关系数0.79、方差3.23×10^(-5);改进算法进一步将平均光强相关系数提升至0.80、方差1.4×10^(-5)。研究表明,该方法在多种湍流参数下具备更好的鲁棒性,可为水下涡旋光束光通信系统的波前校正提供参考。 展开更多

关键词 波前校正 涡旋光束 海洋湍流 gs算法

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基于非信号区域散斑反馈的GS改进算法

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作者 项涛 王博伟 +2 位作者 殷睿涛 向奇 张航 《光子学报》 北大核心 2025年第5期188-198,共11页

针对Gerchberg-Saxton(GS)算法对初始相位敏感、光斑内部均匀性差,以及混合区域振幅自由度(MRAF)算法的低衍射效率和非信号区域散斑严重等问题,提出了一种改进的GS算法。首先,采用泽尼克多项式作为初始相位的基础形态,引入权重系数Z值,... 针对Gerchberg-Saxton(GS)算法对初始相位敏感、光斑内部均匀性差,以及混合区域振幅自由度(MRAF)算法的低衍射效率和非信号区域散斑严重等问题,提出了一种改进的GS算法。首先,采用泽尼克多项式作为初始相位的基础形态,引入权重系数Z值,并通过迭代寻优算法获取最佳Z值,以生成初始相位。其次,在改进算法的前半部分使用GS算法优化初始相位,以确保其与目标光斑的适配性并维持高衍射效率,随后使用MRAF算法提升光斑内部的均匀性并降低误差。最后,基于输出面实际光强分布的反馈构建了一种优化机制,以获得最佳的DOE相位分布。针对三角形、方形和圆形光斑进行了优化设计,并开展了模拟仿真和光路实验,结果表明改进算法实现了超过98.30%的衍射效率和低于1.10%的均方根误差,并有效抑制了非信号区域的散斑,展现出强大的图形泛化能力。 展开更多

关键词 衍射光学元件 光束整形 gs算法 泽尼克多项式 散斑抑制

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基于改进GS算法的衍射光学光束整形元件的设计 被引量：6

3

作者 邹杰宇 卢亚雄 +2 位作者 黄子强 王俐 蔡宁 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2006年第Z2期48-52,共5页

利用不动点迭代法解非线性方程以加速迭代过程的思想对 GS 算法进行了改进,用改进的 GS 算法设计了将高斯光束整形为两束圆形光束的16台阶衍射光学元件.模拟结果表明,相对于 GS 算法,用改进的算法设计出的衍射光学光束整形元件,均方误差... 利用不动点迭代法解非线性方程以加速迭代过程的思想对 GS 算法进行了改进,用改进的 GS 算法设计了将高斯光束整形为两束圆形光束的16台阶衍射光学元件.模拟结果表明,相对于 GS 算法,用改进的算法设计出的衍射光学光束整形元件,均方误差(SSE)减少了33.05%,拟和系数(η)提高了0.68%,优化了整形光束的性能质量;同时该算法能减小 GS 算法对迭代初值的依赖性,促使 GS 算法跳出陷入局部最优解的困境. 展开更多

关键词 衍射光学元件 光束整形 改进的gs算法 均方误差 拟和系数

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GS算法设计连续相位板时相位滤波器的选择 被引量：5

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作者 林中校 张蓉竹 +1 位作者 杨春林 许乔 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2634-2638,共5页

针对GS算法在设计连续相位板(CPP)时,迭代过程在解包相位中引入的高频调制,研究了初始相位与解包相位的频谱分布特性,并对两者的差别进行了比较。根据初始相位的频谱特性,提出了以初始相位的频域截止频率为相位滤波器的截止频率的滤波... 针对GS算法在设计连续相位板(CPP)时,迭代过程在解包相位中引入的高频调制,研究了初始相位与解包相位的频谱分布特性,并对两者的差别进行了比较。根据初始相位的频谱特性,提出了以初始相位的频域截止频率为相位滤波器的截止频率的滤波器选择方法。利用该方法进行了CPP设计,设计结果对应的远场焦斑参数为:均方根误差0.267 2,能量利用率96.32%,顶部不均匀度0.101 2。 展开更多

关键词 连续相位板 gs算法 相位滤波 频域截止频率

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加权GS算法的权因子对BOE整形效果的影响 被引量：1

5

作者 董梅峰 李慎 龙华 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期395-398,共4页

采用加权GS迭代算法,以高斯光束均匀化为例,模拟计算了算法中权因子的大小对所设计的BOE整形效果的影响;利用最佳权因子设计了16阶的二元光学元件,并与权因子为其他值时进行了比较。模拟结果表明,随着权因子的增大,均方差减小,而衍射效... 采用加权GS迭代算法,以高斯光束均匀化为例,模拟计算了算法中权因子的大小对所设计的BOE整形效果的影响;利用最佳权因子设计了16阶的二元光学元件,并与权因子为其他值时进行了比较。模拟结果表明,随着权因子的增大,均方差减小,而衍射效率降低,得到了最佳的权因子值。 展开更多

关键词 二元光学元件 衍射效率 均方差 加权gs算法

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正交投影神经网络的BP和GS杂交学习算法

6

作者 肖少拥 石文俊 +1 位作者 冯树椿 胡上序 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第2期170-174,共5页

主要讨论具有单隐层的正交投影神经网络的权值和阈值的学习问题 ,提出了一种新的将 BP算法和 GS算法相结合的杂交学习算法 ,其中 GS算法对隐层到输出层的权值和阈值进行学习 ,BP算法用于输入层到隐层权值的学习 ,并给出一种最佳的隐层... 主要讨论具有单隐层的正交投影神经网络的权值和阈值的学习问题 ,提出了一种新的将 BP算法和 GS算法相结合的杂交学习算法 ,其中 GS算法对隐层到输出层的权值和阈值进行学习 ,BP算法用于输入层到隐层权值的学习 ,并给出一种最佳的隐层节点数的选取方法 .仿真实验表明 ,该杂交学习算法具有学习速度快且能获得全局最优解的特点 ,并可有效地对学习过程中出现的病态情况进行求解 。 展开更多

关键词 神经网络 杂交学习算法 BP算法 gs算法 病态问题

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COIL调腔光静态波前的GS方法测量

7

作者 刘兰琴 吴毅 +1 位作者 汪超 侯再红 《量子电子学报》 CAS CSCD 1999年第6期515-518,共4页

本文利用ＧＳ方法对ＣＯＩＬ谐振腔调腔光的波前进行了测量，并利用Ｚｅｒｎｉｋ多项式对其进行了像差分析，给出了波前误差的均方根值．

关键词 gs方法 波前测量 谐振腔 调腔光 激光

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GS方法恢复低频相位噪声 被引量：2

8

作者 刘兰琴 景峰 +5 位作者 彭志涛 程晓锋 朱启华 蒋东镔 张清泉 刘红婕 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第F11期189-192,共4页

将 Gerchberg-Saxton( GS)反演方法应用于恢复高功率激光装置的低频相位噪声研究中 ,通过数值模拟计算 ,给出了很好的迭代结果。为设计合理的相位板提供了依据。同时也为光束诊断系统提供了一种测量相位的方法。

关键词 gs方法 低频相位噪声 高功率激光装置 相位恢复 反演方法 光束诊断系统 激光器

全文增补中

基于GS加权改进算法的相位恢复 被引量：6

9

作者 彭金锰 杜少军 蒋鹏志 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期315-318,共4页

阐述了GS算法用于相位恢复的原理,并对算法的应用范围进行了扩展,不再局限于已知光瞳面和焦平面光强的情况。仿真中,选取了光束自由传输的两个垂轴截面,利用光强分布,采用了GS迭代算法对常见的几种波前畸变进行了恢复。针对相位恢复中G... 阐述了GS算法用于相位恢复的原理,并对算法的应用范围进行了扩展,不再局限于已知光瞳面和焦平面光强的情况。仿真中,选取了光束自由传输的两个垂轴截面,利用光强分布,采用了GS迭代算法对常见的几种波前畸变进行了恢复。针对相位恢复中GS算法收敛速度慢和精度低的问题,提出了迭代过程中,在光束输入端和输出端分别进行加权改进,给出了加权系数取值范围。仿真结果表明,这种改进有利于算法跳出局部极值,在加权值取1.2时,针对象散像差的恢复中,速度和精度提高了2倍左右,对一些其它常见像差的恢复精度也有所提高。 展开更多

关键词 自适应光学 相位恢复 相位测量 波前检测 改进gs算法

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GS-PIA算法的收敛性证明 被引量：6

10

作者 王志好 李亚娟 邓重阳 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第11期2035-2041,共7页

非均匀三次B样条曲线插值的GS-PIA算法具有简单、稳定及收敛速度较快等优点.文中详细阐述了GS-PIA算法的几何意义,严格证明了算法的收敛性.首先定义算法配置矩阵的比较矩阵,借助矩阵理论的正则分裂证明比较矩阵对应的迭代矩阵的收敛性;... 非均匀三次B样条曲线插值的GS-PIA算法具有简单、稳定及收敛速度较快等优点.文中详细阐述了GS-PIA算法的几何意义,严格证明了算法的收敛性.首先定义算法配置矩阵的比较矩阵,借助矩阵理论的正则分裂证明比较矩阵对应的迭代矩阵的收敛性;然后利用矩阵的相似性,证明了非均匀三次B样条曲线插值的GS-PIA算法的收敛性.为GS-PIA算法的进一步研究及其在计算机图形学等相关领域的应用打下了理论基础. 展开更多

关键词 gs-PIA算法 收敛性证明 迭代速度 曲线插值 非均匀三次B样条曲线

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利用GS-LightGBM机器学习模型识别致密砂岩地层岩性 被引量：18

11

作者 谷宇峰 张道勇 +3 位作者 鲍志东 郭海晓 周立明 任继红 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期224-234,共11页

以交会图为代表的传统岩性识别图版无法适用于致密砂岩地层,其主要原因是大部分地层岩性的测井响应特征相似度高,难以基于图版分析被有效识别。LightGBM较传统模式识别模型能更高效地解决问题,为此采用该模型识别致密砂岩地层岩性。由于... 以交会图为代表的传统岩性识别图版无法适用于致密砂岩地层,其主要原因是大部分地层岩性的测井响应特征相似度高,难以基于图版分析被有效识别。LightGBM较传统模式识别模型能更高效地解决问题,为此采用该模型识别致密砂岩地层岩性。由于LightGBM在建模时利用了较多的超参数,导致预测结果难以保证为最优,所以采用GS算法进行优化,进而提出GS-LightGBM。实验目的层为姬塬油田西部长4+5段致密砂岩地层。提出模型的预测能力通过设计两个实验来验证。为突出验证效果,实验中加入SVM和XGBoost作为对比模型。实验结果显示,GS-XGBoost和GS-LightGBM的准确率、F 1-score和AUC指标相接近,都最高,但GS-LightGBM的计算时间只有GS-XGBoost的约1/23。实验结果表明,GS-LightGBM模型可在不失精度的情况下,能快速给出预测结果,具备了在致密砂岩地层岩性识别研究上的应用价值和推广性。 展开更多

关键词 致密砂岩地层 岩性识别 SVM模型 XGBoost模型 LightGBM模型 gs优化算法

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GS正交算法中正交化次数的自动确定 被引量：8

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作者 肖丹 顾德仁 《电子科学学刊》 CSCD 1995年第1期79-85,共7页

Gram-Schmidt(Gs)正交算法在自适应抗干扰领域日渐被人们所关注,特别是作为一种快速自适应波束形成算法而倍受重视。但采用这种算法需要首先确定信号源的个数,以决定正交化运算的次数。本文正是对此问题进行研究,提出一种简单的方法并... Gram-Schmidt(Gs)正交算法在自适应抗干扰领域日渐被人们所关注,特别是作为一种快速自适应波束形成算法而倍受重视。但采用这种算法需要首先确定信号源的个数,以决定正交化运算的次数。本文正是对此问题进行研究,提出一种简单的方法并利用一个判断阈值来实现在GS正交化过程中自动确定正交化运算的次数。 展开更多

关键词 gs正交算法 自适应滤波 正交化次数

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基于GS算法的圆柱共形微带阵列自适应零点形成 被引量：1

13

作者 王俊鸣 齐会来 +2 位作者 张子华 陆磊 韩云 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2011年第3期118-120,共3页

运用GS算法研究了圆柱共形微带阵列天线的自适应零点形成。根据腔模理论和逐元法得到圆柱共形微带阵列天线的方向性函数,将GS算法运用于共形阵列进行自适应零点形成。仿真结果表明,采用GS算法的圆柱共形微带天线阵列能准确地在干扰方向... 运用GS算法研究了圆柱共形微带阵列天线的自适应零点形成。根据腔模理论和逐元法得到圆柱共形微带阵列天线的方向性函数,将GS算法运用于共形阵列进行自适应零点形成。仿真结果表明,采用GS算法的圆柱共形微带天线阵列能准确地在干扰方向形成零陷。 展开更多

关键词 圆柱共形微带阵列天线 gs算法 自适应

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基于RBFNN和GA优化设计DGS微带*线

14

作者 杜道鹏 高卫东 李乐 《雷达科学与技术》 2009年第4期316-320,324,共6页

采用神经网络与遗传算法相结合的方法,对一种缺陷接地结构微带线进行优化设计。整个优化设计过程分为两步进行:首先采用基于混合递阶遗传算法优化训练的RBF神经网络对缺陷接地结构微带线进行建模,当神经网络模型训练成功后就实现了对这... 采用神经网络与遗传算法相结合的方法,对一种缺陷接地结构微带线进行优化设计。整个优化设计过程分为两步进行:首先采用基于混合递阶遗传算法优化训练的RBF神经网络对缺陷接地结构微带线进行建模,当神经网络模型训练成功后就实现了对这种缺陷地结构微带线传输系数快速和精确的输出仿真;然后利用该神经网络模型,并结合遗传算法共同优化设计这种缺陷地结构微带线的传输系数和尺寸参数。仿真结果验证了该方法的有效性和准确性。 展开更多

关键词 缺陷接地结构 RBF神经网络 混合递阶遗传算法 传输系数

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多维特征GS-SVM地下空间激光点云分割 被引量：2

15

作者 卫梦莎 龚云 +1 位作者 张小宇 刘腾飞 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2024年第9期117-122,共6页

针对激光点云在弱光和低特征点环境的点云分割中过拟合问题,本文提出了一种基于网格搜索的多项式核最小二乘支持向量机(GS-SVM)点云分割算法,提取点云的多维特征,并分别对车辆、车道线和车库障碍物柱子等多维特征进行分类;采用多尺度精... 针对激光点云在弱光和低特征点环境的点云分割中过拟合问题,本文提出了一种基于网格搜索的多项式核最小二乘支持向量机(GS-SVM)点云分割算法,提取点云的多维特征,并分别对车辆、车道线和车库障碍物柱子等多维特征进行分类;采用多尺度精度评估指标验证特征选取的有效性并评估分割算法。结果表明,与文献中传统分类算法的柱子识别率80%和车辆识别率65%相比,基于多项式核函数的分类算法对柱子和车辆的识别率分别在75%和73%以上,提高了5%和8%;在使用其他两个核函数时,GS-SVM同样保持了优势。本文算法相对于常规算法有较强的稳健性,为其在弱光和地理特征点环境的点云分割问题提供了解决方案,丰富了激光雷达三维扫描的使用场景。 展开更多

关键词 点云分类 机器学习 gs-SVM SMRF滤波算法 激光雷达扫描

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涡旋光束的自适应光学波前校正技术 被引量：18

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作者 高春清 张世坤 +1 位作者 付时尧 胡新奇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期1-6,共6页

涡旋光束是一种具有螺旋波前的光束,其特点是其光强分布为环形,携带有与螺旋波前结构相关的轨道角动量。由于涡旋光束的角量子数可取任意整数,同时不同角量子数的光束之间相互正交,因此可提高光通信系统的信道容量。但涡旋光束在自由空... 涡旋光束是一种具有螺旋波前的光束,其特点是其光强分布为环形,携带有与螺旋波前结构相关的轨道角动量。由于涡旋光束的角量子数可取任意整数,同时不同角量子数的光束之间相互正交,因此可提高光通信系统的信道容量。但涡旋光束在自由空间传输时会受到大气湍流的影响,进而产生波前畸变,因此需要采用自适应波前校正技术对畸变后的光束进行校正。文中对现有的涡旋光束波前校正技术进行了概述,重点介绍了笔者课题组提出的应用GS相位恢复算法和高斯光束探针相结合对涡旋光束波前畸变校正的技术及应用SPGD算法和泽尼克多项式对涡旋光束波前畸变校正的研究工作。 展开更多

关键词 自适应光学 涡旋光束 波前校正 gs算法 SPGD算法

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飞秒激光全息并行加工中的多焦点均一性 被引量：6

17

作者 苏亚辉 汪金礼 +2 位作者 杨亮 李家文 黄文浩 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1936-1941,共6页

为了提高飞秒激光加工的效率和灵活性,设计了一套飞秒激光全息并行加工系统,并对该系统中加载计算全息图(CGH)生成的多焦点均一性和空间位置分布的关系进行了研究。首先,将空间光调制器(SLM)引入飞秒激光加工光路;然后,采用GS(Gerchberg... 为了提高飞秒激光加工的效率和灵活性,设计了一套飞秒激光全息并行加工系统,并对该系统中加载计算全息图(CGH)生成的多焦点均一性和空间位置分布的关系进行了研究。首先,将空间光调制器(SLM)引入飞秒激光加工光路;然后,采用GS(Gerchberg-Saxton)算法设计了直线型和三角型分布的三焦点阵列。最后,通过数值仿真和实验研究比较了用两种不同空间分布的焦点列阵设计的全息图对均一性的影响。结果表明,在焦点阵列间距较小的情况下,直线型分布设计的焦点阵列不易获得好的均一性,三焦点U仅有79%;而用三角型分布焦点阵列设计时,可以获得很好的均一性,三焦点U约等于100%。实验数据表明,三角形分布的三焦点可以实现高质量的并行加工,加工的半球状微结构阵列具有微透镜阵列的功能。 展开更多

关键词 飞秒激光 并行加工 空间光调制器 计算全息图 焦点均一性 gs算法

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相位恢复技术算法的探究 被引量：6

18

作者 马鑫雪 王建立 王斌 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期217-221,共5页

首先介绍了相位恢复技术中的Gerchberg-Saxton算法和梯度搜索算法。推导了当任意多帧输入图像及它们的离焦量作为输入时,梯度搜索算法的目标函数分别关于广义光瞳、波前以及泽尼克系数的偏导数。揭示了GS算法与梯度搜索算法之间的关系... 首先介绍了相位恢复技术中的Gerchberg-Saxton算法和梯度搜索算法。推导了当任意多帧输入图像及它们的离焦量作为输入时,梯度搜索算法的目标函数分别关于广义光瞳、波前以及泽尼克系数的偏导数。揭示了GS算法与梯度搜索算法之间的关系。针对单幅和多幅图像作为输入时分别用GS算法和梯度搜索算法设计了仿真实验,实验结果显示对于单幅图像作为输入时,梯度搜索算法明显优于GS算法。对于多帧不同离焦量的图像作为输入时,GS算法和梯度搜索算法都能很好的解算出波前,但梯度搜索算法的收敛速度明显优于GS算法。 展开更多

关键词 相位恢复 gs算法 梯度搜索算法 物域 傅里叶域

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基于修正Hung-Turner投影的快速信源数检测算法 被引量：4

19

作者 牟建超 高梅国 江长勇 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期350-354,共5页

空间信源数检测是阵列信号处理的关键问题之一,常用的信源数检测算法需要计算采样协方差矩阵的特征值,该文提出一种基于改进Hung-Turner投影的多目标信源数快速检测算法,该算法根据采样协方差矩阵估计误差的渐进分布特性确定一个判断门... 空间信源数检测是阵列信号处理的关键问题之一,常用的信源数检测算法需要计算采样协方差矩阵的特征值,该文提出一种基于改进Hung-Turner投影的多目标信源数快速检测算法,该算法根据采样协方差矩阵估计误差的渐进分布特性确定一个判断门限,利用该门限实现GS正交化次数的自动确定,从而完成对信源数的检测。该算法无需对采样协方差矩阵的特征值分解运算,计算复杂度低,检测性能好,计算机仿真证明了算法的正确性和有效性。 展开更多

关键词 阵列信号处理 信源数检测 gs正交化算法

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基于并行结构的相位恢复算法在全息激光投影中的应用 被引量：2

20

作者 吴广志 张晗盛 茆文艺 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1010-1015,共6页

全息激光投影技术相比传统图像显示技术有突出的优势。作为全息激光投影技术的关键图像处理算法——相位恢复算法,算法的收敛速率和精度都有待提高,在实际计算中它们的效果不够理想,甚至不能保证迭代过程总收敛到正确解。基于此,本文提... 全息激光投影技术相比传统图像显示技术有突出的优势。作为全息激光投影技术的关键图像处理算法——相位恢复算法,算法的收敛速率和精度都有待提高,在实际计算中它们的效果不够理想,甚至不能保证迭代过程总收敛到正确解。基于此,本文提出了基于并行结构的相位恢复算法(PGSGA)。该方法思路是对多个初值进行并行运算,不断"筛"出最优结果来对GS算法进行加速。仿真实验证明,该算法在收敛速率和恢复的灰阶图像质量等方面具有优越性。 展开更多

关键词 全息术 视频全息投影系统 相位恢复算法 纯相位全息图 gs算法

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