本文關(guān)鍵詞：基于互相關(guān)因子算法的太陽自適應光學波前實時處理技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 太陽自適應光學系統(tǒng) 波前處理 互相關(guān)因子算法 并行運算

【摘要】：為了實現(xiàn)太陽高分辨力成像觀測,目前國際上已經(jīng)建成和正在建設(shè)的大口徑太陽望遠鏡均配備了自適應光學系統(tǒng)。太陽自適應光學系統(tǒng),利用太陽黑子或米粒等低對比度擴展目標,對地球大氣湍流引起的波前畸變進行實時探測并加以實時補償,獲取太陽高分辨力圖像。與夜天文自適應光學系統(tǒng)相比,白天太陽自適應光學系統(tǒng)采用相關(guān)算法,系統(tǒng)帶寬和探測幀頻要求都更高,對波前處理機的實時處理也提出了更加嚴苛的挑戰(zhàn)。本文針對太陽自適應光學系統(tǒng)的需求,主要開展基于互相關(guān)因子算法的高速波前實時處理技術(shù)研究,滿足系統(tǒng)大運算量、高幀頻條件下的實時性要求。本文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:針對37單元低階太陽自適應光學系統(tǒng),設(shè)計了基于FPGA+DSP硬件架構(gòu)的波前實時處理系統(tǒng),首次利用互相關(guān)因子算法實現(xiàn)了波前斜率的準確計算。系統(tǒng)首先從圖像傳感器中讀出圖像數(shù)據(jù),然后在FPGA中對圖像數(shù)據(jù)進行相關(guān)運算得到整像素的斜率,最后將整像素斜率傳入DSP進行插值運算獲得亞像素精度結(jié)果。在系統(tǒng)的具體設(shè)計過程中,充分利用了FPGA的并行計算特點和資源優(yōu)勢,采用3種并行加速技術(shù)以提高系統(tǒng)的計算速度和性能�；ハ嚓P(guān)因子流水線,二維脈動陣列以及多通道并行處理架構(gòu)等并行加速技術(shù)的采用是本設(shè)計的難點和重點。通過室內(nèi)點源目標和擴展源目標的正弦擾動實驗,對系統(tǒng)實時波前斜率計算的正確性進行了驗證。實驗模擬37單元低階太陽自適應光學系統(tǒng),夏克哈特曼波前傳感器子孔徑按照7×7方形排布進行波前處理,有效子孔徑數(shù)為30。子孔徑圖像分辨率為24×20像素,參考圖像分辨率為12×10像素,探測相機幀頻為2000 Hz。一行子孔徑的計算延遲為19μs,完成全部7行子孔徑的計算延遲為163μs。實驗結(jié)果證明,該波前實時處理系統(tǒng)能夠正確計算點源和擴展源目標的斜率并且滿足延時要求。本課題研究對于太陽自適應光學系統(tǒng)的實現(xiàn)具有重要的研究價值和實際工程意義。
【關(guān)鍵詞】：太陽自適應光學系統(tǒng) 波前處理 互相關(guān)因子算法 并行運算
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（光電技術(shù)研究所）
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH751
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 前言9-24
• 1.1 自適應光學技術(shù)9-13
• 1.1.1 波前傳感器10-11
• 1.1.2 波前控制器11-12
• 1.1.3 波前校正器12-13
• 1.2 太陽自適應光學技術(shù)13-14
• 1.3 相關(guān)跟蹤算法14-16
• 1.3.1 絕對差分算法15-16
• 1.3.2 互相關(guān)因子算法16
• 1.4 太陽自適應光學技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)16-17
• 1.5 太陽自適應光學系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀17-23
• 1.5.1 美國DST望遠鏡的AO-76 系統(tǒng)17-18
• 1.5.2 麥克梅斯.皮爾斯太陽望遠鏡的AO系統(tǒng)18-19
• 1.5.3 瑞典Swedish Solar Telescope的AO系統(tǒng)19
• 1.5.4 德國太陽望遠鏡VTT和GREGOR19-20
• 1.5.5 美國正在研制階段的ATST20-22
• 1.5.6 國內(nèi)太陽自適應光學領(lǐng)域的發(fā)展22-23
• 1.6 小結(jié)23-24
• 2 本文主要研究內(nèi)容和組織架構(gòu)24-25
• 2.1 本文主要研究內(nèi)容24
• 2.2 本文組織架構(gòu)24-25
• 3 可編程邏輯器件FPGA及其并行加速算法25-28
• 3.1 FPGA簡介25
• 3.2 并行加速技術(shù)簡介25-28
• 3.2.1 流水線技術(shù)25-26
• 3.2.2 并行通道技術(shù)26
• 3.2.3 脈動陣列技術(shù)26-28
• 4 互相關(guān)因子算法波前斜率提取系統(tǒng)設(shè)計28-54
• 4.1 系統(tǒng)總概述28-30
• 4.2 圖像預處理30
• 4.3 波門模塊30-32
• 4.4 乒乓緩存32
• 4.5 并行加速算法在FPGA中的應用32-49
• 4.5.1 互相關(guān)因子流水線33-39
• 4.5.2 脈動陣列39-47
• 4.5.3 并行通道處理架構(gòu)47-49
• 4.6 互相關(guān)因子算法結(jié)果尋優(yōu)49-52
• 4.7 FPGA+DSP的斜率提取硬件架構(gòu)52
• 4.8 小結(jié)52-54
• 5 室內(nèi)模擬實驗54-66
• 5.1 系統(tǒng)調(diào)試簡介54-56
• 5.1.1 邏輯驗證階段54
• 5.1.2 靜態(tài)模擬數(shù)據(jù)硬件驗證階段54-55
• 5.1.3 動態(tài)擾動實驗階段55-56
• 5.2 點源目標正弦擾動實驗56-61
• 5.3 擴展源目標正弦擾動實驗61-65
• 5.4 系統(tǒng)計算延遲65-66
• 6 總結(jié)和展望66-68
• 6.1 本文的主要研究內(nèi)容總結(jié)66
• 6.2 本文的主要創(chuàng)新點66
• 6.3 展望66-68
• 參考文獻68-73
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果73-7

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