Closed loop predictive control of adaptive optics systems with convolutional neural networks

斯太尔率 自适应光学 计算机科学 波前 滞后 人工神经网络 模型预测控制 控制理论(社会学) 望远镜 变形镜 控制器(灌溉) 伺服 人工智能 物理 控制(管理) 光学 农学 生物 计算机网络
作者
Robin Swanson,Masen Lamb,Carlos Correia,Suresh Sivanandam,Kiriakos N. Kutulakos
出处
期刊:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society [Oxford University Press]
卷期号:503 (2): 2944-2954 被引量:31
标识
DOI:10.1093/mnras/stab632
摘要

Predictive wavefront control is an important and rapidly developing field of adaptive optics (AO). Through the prediction of future wavefront effects, the inherent AO system servo-lag caused by the measurement, computation, and application of the wavefront correction can be significantly mitigated. This lag can impact the final delivered science image, including reduced strehl and contrast, and inhibits our ability to reliably use faint guidestars. We summarize here a novel method for training deep neural networks for predictive control based on an adversarial prior. Unlike previous methods in the literature, which have shown results based on previously generated data or for open-loop systems, we demonstrate our network's performance simulated in closed loop. Our models are able to both reduce effects induced by servo-lag and push the faint end of reliable control with natural guidestars, improving K-band Strehl performance compared to classical methods by over 55% for 16th magnitude guide stars on an 8-meter telescope. We further show that LSTM based approaches may be better suited in high-contrast scenarios where servo-lag error is most pronounced, while traditional feed forward models are better suited for high noise scenarios. Finally, we discuss future strategies for implementing our system in real-time and on astronomical telescope systems.
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