自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中SoC應(yīng)用研究.pdf

1、隨著自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的地面天文望遠(yuǎn)鏡需要安裝自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。通過(guò)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)波前扭曲的校正，將極大地提高地面天文望遠(yuǎn)鏡的分辨率，使得天文望遠(yuǎn)鏡可以看得更深更遠(yuǎn)。
　　在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，通過(guò)高速CCD捕獲的圖像，實(shí)時(shí)計(jì)算圖像特征，得到最終的控制量信息，并通過(guò)高壓驅(qū)動(dòng)器對(duì)變形鏡鏡面進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，整個(gè)過(guò)程必須在1毫秒之內(nèi)完成。這樣，就可以克服大氣湍流對(duì)波前扭曲的影響。并且，處理過(guò)程越快，對(duì)波前扭曲的校正效果就越好

2、。因此，對(duì)用于光學(xué)圖像處理和控制變形鏡的硬件平臺(tái)提出了苛刻的要求。自適應(yīng)光學(xué)處理平臺(tái)，應(yīng)該滿足下面三個(gè)要求:1）能實(shí)時(shí)高效地處理數(shù)據(jù);2）有很好的可視化能力，用于顯示所捕獲的CCD圖像和自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù);3）有遠(yuǎn)程更新的能力，用于對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。
　　根據(jù)上述要求，在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息處理和變形鏡控制硬件平臺(tái)中，率先使用了Xilinx于2013年量產(chǎn)的Zynq-7000全可編程片上系統(tǒng)(SoC)器件作為系統(tǒng)

3、的核心處理部件，并在其外圍搭載了一片高性能大容量的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)專門用于并行處理復(fù)雜的圖像信息和計(jì)算控制量。
　　根據(jù)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)可視化的要求，將全球流行的嵌入式操作系統(tǒng)Ubuntu14.10移植到硬件平臺(tái)中的XC7Z045 SoC器件上，并且通過(guò)Qt集成開(kāi)發(fā)環(huán)境在該操作系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)了應(yīng)用程序，用于實(shí)時(shí)顯示CCD捕獲的圖像和自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)這些狀態(tài)參數(shù)信息，算法設(shè)計(jì)人員就可以對(duì)控制策略進(jìn)行優(yōu)化，使得自適

4、應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。
　　此外，考慮到系統(tǒng)的工作環(huán)境，在所設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)中，增加了對(duì)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)處理平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程更新的能力。這樣，用戶不必到現(xiàn)場(chǎng)就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。
　　論文從自適應(yīng)光學(xué)處理平臺(tái)的構(gòu)建、Ubuntu操作系統(tǒng)的移植、SoC應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、上位機(jī)程序開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)調(diào)試和測(cè)試五個(gè)方面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的構(gòu)建和相應(yīng)的軟件程序設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。
　　該研究提出的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)硬件處理平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)和軟