61單元自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)時(shí)波前處理技術(shù)研究.pdf

1、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)探測和校正光學(xué)系統(tǒng)中的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)波前誤差的能力，從而提高系統(tǒng)的光學(xué)質(zhì)量。但是，為了有效校正大氣湍流造成的動(dòng)態(tài)光學(xué)波前誤差，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)必須有較高的空間帶寬和時(shí)間帶寬，即要求自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)具有足夠的子孔徑數(shù)和校正單元數(shù)，以與所需校正的大氣湍流的空間特征頻率 r0匹配；要求自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)具有足夠的時(shí)間采樣頻率和實(shí)時(shí)波前處理運(yùn)算能力，以與所需校正的大氣湍流的時(shí)間特征頻率τ0匹配。然而空間帶寬越高，要求波前傳感器的子孔徑

2、數(shù)和變形鏡的驅(qū)動(dòng)器數(shù)就越多，因此造成所需的波前處理運(yùn)算量就越大；時(shí)間帶寬越高，要求波前傳感器的采樣頻率就越高，因此不僅造成波前處理的運(yùn)算量增大，而且要求波前處理運(yùn)算的延時(shí)更小。上述兩個(gè)問題都對波前處理機(jī)的實(shí)時(shí)性提出了嚴(yán)峻的要求。因此研究提高波前處理運(yùn)算實(shí)時(shí)性，減小波前處理機(jī)運(yùn)算延時(shí)的方法成為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題之一。
　　本文分析了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中波前處理機(jī)的任務(wù)，波前處理任務(wù)的主要運(yùn)算，以及各任務(wù)的運(yùn)算量和任務(wù)之間的數(shù)據(jù)流

3、關(guān)系，研究了串行處理、幀間流水線處理、幀內(nèi)流水線處理、雙流水線處理、并行處理、并發(fā)處理等多種不同的波前實(shí)時(shí)處理方法，詳細(xì)分析了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)、運(yùn)算延時(shí)和時(shí)序特點(diǎn)。分析表明，采用雙流水線和并行處理相結(jié)合的波前處理機(jī)結(jié)構(gòu)，可以更好地保證波前處理機(jī)的實(shí)時(shí)性。在此基礎(chǔ)上，針對61單元2900Hz采樣頻率的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于多DSP的專用高速數(shù)字波前處理機(jī)。該波前處理機(jī)由17個(gè)DSP組成，峰值運(yùn)算速度達(dá)8.5億次/秒。實(shí)驗(yàn)表明，該波前處