如今，光纤通信技术发展迅速并因为其高带宽、低损耗等特点广泛的应用在

民用和军用领域。空间光通信因为兼备了光纤通信以及微波通信的优点，成为一

种新兴的无线宽带通信技术，并受到了各国的广泛关注。各发达国家对卫星轨道

之间、星-地、地-空、地-地以及大气间等各种形式的自由空间光通信系统进行

了广泛的研究。由于空间光通信系统接收端接收到的信号往往十分微弱，而光纤

耦合的效率直接影响空间光通信的通信解码成功率，因此提高光纤耦合效率成为

空间光通信系统面临的首要挑战。

影响光纤耦合效率的主要因素包括大气衰减、大气湍流和接收端的机械振动

等，大气衰减会对光进行吸收和散射，属于无法补偿的损耗。大气湍流和接收端

的机械振动带来的影响在接收端表现形式是光斑随机抖动、光强减弱以及耦合初

始位置改变等，这部分损耗可以通过一定方式进行补偿以提高光纤耦合效率。

近年来，随机并行梯度下降算法（SPGD）因为其实现容易、收敛速度快等

优点在自适应光学中广泛应用。考虑到SPGD 在解决随机扰动问题方面的优势，

本文拟采用二维随机并行梯度下降法并结合快速反射镜（FSM）解决大气湍流以

及机械抖动引起的光纤耦合效率降低的问题。通过SPGD 产生正负两次二维随机

扰动量并驱动FSM；以光功率计模拟光纤接收端，将采集到的两次光功率计接

收到的能量并将两者的差值作为SPGD 的判断因子，产生下一次扰动进而提高耦

合的效率（能量）。在应用SPGD 算法提高光纤耦合的过程中，影响SPGD 算法

收敛效果的主要因素包括耦合的初始位置对准精度以及SPGD 算法的设定参数

（扰动增益和扰动幅值）。实验表明，光纤的初始耦合位置的对准精度直接影响

算法的收敛效果，而SPGD 设定参数将影响算法的收敛速度和收敛稳定性。

而随着机器视觉在光电系统中的图像采集和图像分析处理方面的广泛应用

及快速发展，且CCD 探测器在参数测量方面具有其他探测器无法比拟的优势，

基于机器视觉的应用对我们研究提高光纤耦合效率的方法有着重要的意义。

本文采用机器视觉解决采用SPGD提高光纤耦合效率时初始位置对准难的问

题，并在此基础上再通过调整SPGD 参数进一步提高光纤耦合效率的综合实验方

案。根据实验方案，通过搭建相应的实验平台进行实验，进而论证结合机器视觉

方法和SPGD 算法对有效提高光纤耦合效率（能量）的应用成效。