摘要：针对大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理规模的需求,设计了基于现场可编程门阵列(FP-GA)的高速大单元自适应波前处理系统,给出了设计方案,实施过程和测试结果。提出的基于FPGA的自适应光学系统波前处理机,在软件上采用FPGA对整个系统进行数据配置和调控,实现多路D/A数据同时传输和转换。同时,采用FPGA作为波前处理运算中的图像预处理和波前子孔径斜率计算的核心器件,在满足波前处理精度的前提下,缩短了波前处理延时,提高了波前处理能力,波前处理可达2 000 frame/s。在硬件上,采用波前处理主板与可扩展的波前处理子板相结合的形式来提高系统的输出能力。每块波前处理子板的校正量输出为120路,波前处理主板的最大扩展能力为10块,整个系统可实现1 200路校正量的输出。

摘要：为了适应当前的自适应光学系统的需求,介绍一种多路D/A转换电路的优化及实现方法。 它将输出的多路数字信号依次地通过一路D/A,进行数模转换,再通过采样保持器,将各路信号进行采样保持,分成了多路信号来控制变形镜,从而不但简化了系统,而且缩小信号误差,减少故障率。

摘要：针对自适应光学系统对波前处理机高计算量、高实时性的要求,本文提出了一种基于脉动阵列的自适应光学实时波前处理方法。该方法将脉动阵列的概念引入波前处理机设计,完成了波前斜率计算、复原运算和控制运算向脉动阵列的映射,合理地建立了数据的深度流水线,同时分析了以FPGA技术实现时系统的计算延时。对于48个子孔径、61单元的自适应光学系统,以一片Xilinx Virtex-ⅡXC2V3000芯片实现了基于脉动阵列的实时波前处理机,实验测得计算延时仅8.6μs,结果表明该方法能极大地提高系统的实时性、集成度、通用性和扩展性。

摘要：本文介绍的波前处理机是１．２ｍ望远镜自适应光学系统的关键部件之一，吞吐率高，延时小，是具有高速数据处理能力的实时处理系统。为满足系统的高速度性能，系统设计在实时性、并发性的基础上，将图象数据采集加入流水线，并对波前处理中自然存在的子任务作“去相关”’处理，建立了图象采集、斜率计算、波前复原间流水线操作。图象读出时间的利用及流水线的建立，大大减少了时延，降低了系统实时性要求。流水线处理与高度并行处理相结合，也是本处理机设计的一大特色。

摘要：基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的自适应光学系统通过直接优化系统的性能评价函数来控制波前校正器以补偿光束中存在的波前畸变。但由于算法收敛速度的影响,在一定程度上限制了SPGD在自适应光学系统中的应用。在对SPGD控制算法分析的基础上,充分提取和发掘算法内在的并发性,采用流水线和并行处理技术,设计并实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)加数字信号处理器(DSP)的单指令流多数据流(SIMD)结构实时并行处理机,实现了SPGD控制算法由表达层到结构层的优化映射。该处理机应用在激光光束净化自适应光学系统中,同时实现了对变形镜和倾斜镜的控制。实验结果表明,采用基于SPGD算法自适应光学实时并行波前处理机具有很快的收敛速度,可以有效地校正激光出光过程中的光束波前相差和光束漂移误差。