基于FPGA的自适应光学波前处理算法

贾建禄; 赵金宇; 王建立; 王帅; 王亮; 吴庆林

doi:10.3788/OPE.20172510.2580

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基于FPGA的自适应光学波前处理算法

地基大口径光学工程 | 更新时间：2020-08-13

- 基于FPGA的自适应光学波前处理算法
- Adaptive optical wave-front processing algorithm based on FPGA
- 光学精密工程 2017年25卷第10期页码：2580-2583
- 作者机构：
  
  中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林长春 130033
- 作者简介：
  
  [ "贾建禄(1982-), 男, 内蒙赤峰人, 博士, 副研究员, 2006年、2008年于天津大学分别获得学士、硕士学位, 2012年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位, 主要从事自适应光学系统波前处理的研究.E-mail:jianluciomp@163.com" ]
  王建立(1971-), 男, 山东曲阜人, 研究员, 博士生导师, 主要从事大口径高分辨率成像光电望远镜总体技术和空间目标探测技术的研究.E-mail:wangjianli@ciomp.ac.cn WANG Jian-li, E-mail:wangjianli@ciomp.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家863高技术研究发展计划资助项目(2009AA8080603)
- DOI：10.3788/OPE.20172510.2580
  中图分类号： TP391.4
- 收稿日期：2017-05-03，
  
  录用日期：2017-5-24，
  
  纸质出版日期：2017-10-25
- 稿件说明：
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贾建禄, 赵金宇, 王建立, 等. 基于FPGA的自适应光学波前处理算法[J]. 光学精密工程, 2017,25(10):2580-2583.

Jian-lu JIA, Jin-yu ZHAO, Jian-li WANG, et al. Adaptive optical wave-front processing algorithm based on FPGA[J]. Optics and precision engineering, 2017, 25(10): 2580-2583.
贾建禄, 赵金宇, 王建立, 等. 基于FPGA的自适应光学波前处理算法[J]. 光学精密工程, 2017,25(10):2580-2583. DOI： 10.3788/OPE.20172510.2580.

Jian-lu JIA, Jin-yu ZHAO, Jian-li WANG, et al. Adaptive optical wave-front processing algorithm based on FPGA[J]. Optics and precision engineering, 2017, 25(10): 2580-2583. DOI： 10.3788/OPE.20172510.2580.

摘要

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。

Abstract

A wave-front processing algorithm was proposed based on Field Programming Gate Array(FPGA) for improving computational complexity and real-time ability of adaptive optical systems. The reuse of core processing module was used to calculate a wave-front slope

and the decomposition of matrix and vector was used to calculate the wave-front restoration. Under the synchronization of pixel clock

the whole wave front was processed and the momentum required by an actuator was given. A piece of Virtex-4 LX80 FPGA was taken as a main chip to perform experimental verification

and the experiment results show that the algorithm reduces the hardware resources by 50%

and improves wave-front processing ability of the system. Furthermore

all of the wave-front processing operations can be implemented in the current frame before the processing end

which improves processing speeds and control bandwidths of the adaptive optic system. The new algorithm has carried on the correction experiment of the laser light source for a Shack-Hartmann in the room

and it shows a higher concentration ratio of light source.

关键词

Keywords

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