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专利号: 2026106216784
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于LSTM的MEMS变形镜振动干扰预测与补偿方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、光学闭环反馈控制:采集微机电系统MEMS变形镜反射的光学图像,并对光学图像进行波前处理以生成基础电压控制字,以构建基础光学闭环反馈回路;

S2、振动信号感知与预处理:利用刚性贴附于微机电系统MEMS变形镜基座上的多轴加速度计,实时采集多轴环境机械振动信号,并对机械振动信号依次进行带通滤波与时域特征提取,生成归一化振动序列;

S3、前馈预测与数据融合:将S1的基础电压控制字和S2的归一化振动序列作为联合输入特征输入至LSTM网络进行推理,预测并输出补偿电压预测值;将基础电压控制字与补偿电压预测值进行前馈融合,生成目标电压控制字;

步骤S3具体为:在当前时刻 ,将归一化振动序列与基础电压控制字在网络输入端进行特征拼接,融合为一个统一的联合输入特征向量 ;利用长短期记忆细胞提取时序特征,当前时刻的遗忘门 和输入门 的计算公式分别为:;

其中,为Sigmoid激活函数, 、 分别为遗忘门和输入门的权重矩阵, 、 为偏置项, 为上一时刻的隐藏层状态;当前时刻的候选单元状态 及更新后的单元状态 满足:;

其中, 表示双曲正切激活函数, 为候选状态的偏置项, 为上一时刻的单元状态, 表示矩阵元素对应相乘;

结合输出门 ,生成当前隐藏层状态 ,并通过全连接层映射输

出针对未来通信周期的补偿电压预测值;

S4、高速通信与下发:对目标电压控制字进行编码,并向下位驱动端进行高速传输;

步骤S4具体为:在数字域将基础电压控制字与补偿电压预测值进行对应通道的代数叠加,以生成包含抗干扰前馈分量的目标电压控制字;利用高速差分信号将目标电压控制字进行并行转串行编码及差分电平转换,并通过差分传输线单向发送至下位驱动端;

S5、自适应解码与驱动:通过下位驱动端对接收到的信号进行解码以提取目标电压控制字,并根据目标电压控制字动态调节PWM驱动电路的占空比,输出对应的模拟电压驱动微机电系统MEMS变形镜产生形变。

2.根据权利要求1所述的一种基于LSTM的MEMS变形镜振动干扰预测与补偿方法,其特征在于,步骤S2中,所述生成归一化振动序列的具体过程包括:滤除机械振动信号中频率低于1Hz的低频重力偏置分量和频率高于5Hz的高频电气噪声,提取有效频带内的动态振动信号;采用滑动窗口机制,对有效频带内的动态振动信号进行时域特征提取及幅度归一化处理,生成连续的所述归一化振动序列。

3.根据权利要求1所述的一种基于LSTM的MEMS变形镜振动干扰预测与补偿方法,其特征在于,步骤S3中,所述LSTM网络采用融合均方误差与MEMS致动物理约束的联合损失函数进行离线训练优化,联合损失函数的计算公式为:;

其中, 为训练批次的样本总数; 为第 个样本的高精度理想补偿电压真值;

为补偿电压预测值; 为实际法向形变误差; 为对应致动器通道的机电耦合等效系数;与 为经验超参数。

4.根据权利要求1所述的一种基于LSTM的MEMS变形镜振动干扰预测与补偿方法,其特征在于,步骤S5具体为:通过下位驱动端提取出各致动器通道的目标电压控制字后,通过多通道PWM波发生器计算更新后的占空比 :;

其中, 为目标电压控制字的十进制数值, 为PWM波发生器的数字分辨率位宽;

PWM驱动电路输出高压模拟驱动电压 ,以克服MEMS变形镜形变量与驱动电压平方成正比的非线性致动特性,致动器产生的法向形变位移 满足: ,为对应致动器通道的机电耦合等效系数。

5.一种基于LSTM的MEMS变形镜振动干扰预测与补偿系统,其特征在于,包括图像采集模块、LSTM补偿模块、数据通信模块和FPGA自适应驱动模块,所述系统被配置为执行如权利要求1至4任一项所述的一种基于LSTM的MEMS变形镜振动干扰预测与补偿方法;所述图像采集模块与所述LSTM补偿模块通信连接,所述数据通信模块分别与所述LSTM补偿模块和所述FPGA自适应驱动模块连接,所述FPGA自适应驱动模块与所述MEMS变形镜连接。

6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述图像采集模块,用于采集MEMS变形镜反射的光学图像,并对所述光学图像进行波前处理以生成基础电压控制字,构建基础光学闭环反馈回路,并将所述基础电压控制字输出至所述LSTM补偿模块;

所述LSTM补偿模块,包括多轴加速度计、信号预处理单元、LSTM网络和数字域融合子模块;所述多轴加速度计刚性贴附于MEMS变形镜的基座上,其输出端连接至所述信号预处理单元的输入端;所述信号预处理单元的输出端连接至所述LSTM网络的输入端;所述LSTM网络还接收来自图像采集模块的基础电压控制字;所述LSTM网络的输出端与所述数字域融合子模块的第一输入端连接,所述数字域融合子模块的第二输入端接收所述基础电压控制字;所述数字域融合子模块的输出端连接至所述数据通信模块的输入端;

所述数据通信模块,其输出端与所述FPGA自适应驱动模块的输入端连接;

所述FPGA自适应驱动模块,其输出端与MEMS变形镜的致动器阵列连接。

7.一种计算机装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1所述方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序/指令,其特征在于,该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1所述方法的步骤。