为满足机动式车载自适应光学系统的需求, 设计了专用的波前处理器。该波前处理器采用波前处理主板、波前处理子板和DA转化板相结合的硬件架构, 由光纤作为通信载体。在满足功能需求的同时提高了系统的可靠性; 波前处理器是自适应光学系统闭环控制的运算中心, 其运算延时直接影响系统的控制带宽。本文提出一种基于FPGA的多线流水自适应光学实时波前处理方法, 实现了波前斜率计算、复原运算和控制运算。结果表明: 对于两级精密跟踪, 97个子孔径以及97单元变形镜的自适应光学系统, 系统处理延时为506.25 μs, 满足系统1 500 Hz的实时波前处理需求。

针对自适应光学系统对波前处理计算量和实时性要求的提高, 提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的自适应光学系统波前处理算法。该算法利用核心处理模块重复利用的方式完成波前斜率计算, 利用矩阵与向量相乘的可分解性完成波前复原计算。在像素时钟的同步下, 完成整个波前处理, 给出促动器所需的促动量。以一片Virtex-4 LX80 FPGA作为主核心处理芯片进行了实验验证, 结果表明: 该算法可降低50%的硬件资源, 提高了系统波前处理能力; 另外, 算法可实现在当前帧结束前完成整个波前处理运算, 提高了系统的波前处理速度和整个自适应光学系统的控制带宽。在室内的Shack-Hartmann波前传感器的的自适应光学系统上进行了激光光源的校正实验, 结果显示光源能力集中度有了明显的提高。

考虑自适应光学系统对波前处理计算量和实时性的要求, 对原有基于块运算的波前处理算法进行了改进和优化, 提出了一种自适应光学系统波前处理算法。该算法基于重复利用核心模块的方式完成波前斜率计算, 利用矩阵与向量相乘的可分解性完成波前复原计算。在像素时钟的同步下, 完成整个波前处理运算, 给出促动器所需的促动量。采用一片Virtex-4 LX80现场可编程门阵列(FPGA)作为核心处理芯片进行了实验, 结果表明该算法对于同样规模的自适应光学系统可降低约为50%的硬件资源, 提高了系统的波前处理规模; 与原算法帧同步结束后有338 μs的计算延时相比, 本文提出的算法可在帧同步结束前完成整个波前处理的运算, 提高了自适应光学系统的控制带宽。利用改进后的算法在原系统上进行了室内的光源校正实验, 取得了很好的效果。