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自适应光学系统波前处理算法的优化 被引量:7
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作者 贾建禄 王建立 +1 位作者 赵金宇 王国强 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期1026-1031,共6页
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... 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-4LX80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338μs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。 展开更多
关键词 自适应光学 波前处理 复原 图像处理 现场可编程门阵列
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961单元自适应光学系统波前处理器 被引量:15
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作者 贾建禄 王建立 +5 位作者 赵金宇 刘欣悦 李洪文 王亮 林旭东 赵雨菲 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1387-1393,共7页
针对大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理器在输出规模、处理速度和控制带宽方面的要求,研制了千单元级自适应光学系统。设计了一种由主控计算机、波前处理主板和可扩展的波前处理子板相结合,输出规模最大可达1 200单... 针对大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理器在输出规模、处理速度和控制带宽方面的要求,研制了千单元级自适应光学系统。设计了一种由主控计算机、波前处理主板和可扩展的波前处理子板相结合,输出规模最大可达1 200单元的自适应光学系统波前处理器。采用大规模逻辑器件作核心处理芯片,用多线并行流水算法缩短波前处理延时,提高系统控制带宽。对设计完成的波前处理器进行了基于961单元变形镜的开环展平实验以及基于137单元变形镜的闭环校正实验。实验结果显示:系统最高采样帧频为2 000frame/s时,波前运算延时为20.96μs,表明文中提出的硬件扩展和多路并行流水算法对于大规模自适应光学系统波前处理可行且有效。 展开更多
关键词 自适应光学 波前处理 现场可编程门阵列
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基于FPGA的自适应光学系统波前处理机 被引量:19
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作者 贾建禄 王建立 +2 位作者 赵金宇 王鸣浩 曹景太 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1716-1722,共7页
针对大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理规模的需求,设计了基于现场可编程门阵列(FP-GA)的高速大单元自适应波前处理系统,给出了设计方案,实施过程和测试结果。提出的基于FPGA的自适应光学系统波前处理机,在软件上采用... 针对大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理规模的需求,设计了基于现场可编程门阵列(FP-GA)的高速大单元自适应波前处理系统,给出了设计方案,实施过程和测试结果。提出的基于FPGA的自适应光学系统波前处理机,在软件上采用FPGA对整个系统进行数据配置和调控,实现多路D/A数据同时传输和转换。同时,采用FPGA作为波前处理运算中的图像预处理和波前子孔径斜率计算的核心器件,在满足波前处理精度的前提下,缩短了波前处理延时,提高了波前处理能力,波前处理可达2 000 frame/s。在硬件上,采用波前处理主板与可扩展的波前处理子板相结合的形式来提高系统的输出能力。每块波前处理子板的校正量输出为120路,波前处理主板的最大扩展能力为10块,整个系统可实现1 200路校正量的输出。 展开更多
关键词 自适应光学系统 现场可编程门阵列(FPGA) 波前处理
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基于FPGA的自适应光学波前处理算法 被引量:5
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作者 贾建禄 赵金宇 +3 位作者 王建立 王帅 王亮 吴庆林 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2580-2583,共4页
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... 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-4LX80FPGA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。 展开更多
关键词 自适应光学 传感器 波前处理 现场可编程门阵列
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349单元自适应光学波前处理器 被引量:9
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作者 王建立 董玉磊 +5 位作者 姚凯男 林旭东 杨乐强 刘欣悦 王亮 陈璐 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1007-1013,共7页
为了满足大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统校正频率和成像质量的要求,本文设计了一套349单元自适应光学波前处理系统,该系统在349单元变形镜自适应光学系统上实现了1 500Hz的波前校正频率。设计了以控制计算机、FPGA波前斜... 为了满足大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统校正频率和成像质量的要求,本文设计了一套349单元自适应光学波前处理系统,该系统在349单元变形镜自适应光学系统上实现了1 500Hz的波前校正频率。设计了以控制计算机、FPGA波前斜率处理器、GPU矩阵乘法处理器以及模块化数模转换机箱等作为主要部件的实时波前处理器,报道了349单元变形镜自适应光学系统对动态像差的闭环校正结果,实验中对模拟大气相干长度r_0为6cm,格林伍德频率为160Hz的大气湍流实现有效校正,自适应光学系统闭环后,波前像差的1 000帧平均均方根值由1.07λ(中心波长600nm,后同)下降至0.11λ。本文设计的349单元变形镜自适应光学系统能够在1 500Hz的波前校正频率下有较高的成像质量,波前处理延时优于235μs。功率谱分析结果表明自适应光学系统对100Hz以下的波前畸变具有明显的校正效果。 展开更多
关键词 自适应光学 波前处理 地基大口径望远镜 变形镜
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适用于波前处理器的自适应光学系统非共光路像差补偿方法 被引量:7
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作者 王亮 陈涛 +3 位作者 刘欣悦 贾建禄 林旭东 卫沛锋 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期116-120,共5页
提出了一种适合硬件形式波前处理器的非共光路像差校正方法.讨论了非共光路像差的产生原因和运用相位差异技术检测非共光路像差的方法.根据波前处理器的工作流程,推导了将非共光路像差折算到波前探测器参考点偏移量的算法,编写了实现算... 提出了一种适合硬件形式波前处理器的非共光路像差校正方法.讨论了非共光路像差的产生原因和运用相位差异技术检测非共光路像差的方法.根据波前处理器的工作流程,推导了将非共光路像差折算到波前探测器参考点偏移量的算法,编写了实现算法的主控计算机软件模块.在望远镜光路中以光源为目标开展实验,用本文算法校正后,目标能量集中度提高了17.6%,证明了该方法的可行性. 展开更多
关键词 自适应光学 像差校正 波前处理 探测
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机动式车载自适应光学波前处理器的设计 被引量:4
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作者 贾建禄 赵金宇 +3 位作者 王建立 王帅 王亮 吴庆林 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期48-54,共7页
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... 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506.25μs,满足系统1 500Hz的实时波前处理需求。 展开更多
关键词 自适应光学 传感器 波前处理 现场可编程门阵列(FPGA)
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可扩展式自适应光学系统波前处理器的硬件设计 被引量:5
8
作者 贾建禄 王建立 +3 位作者 赵金宇 吴元昊 邵亮 赵波 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2011年第3期370-373,共4页
为满足大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理的需求,需设计千单元的自适应波前处理系统。为此提出了一种可扩展式的自适应光学系统波前处理器。系统由波前处理主板和波前处理子板组成,每块波前处理主板可扩展10块波前处... 为满足大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理的需求,需设计千单元的自适应波前处理系统。为此提出了一种可扩展式的自适应光学系统波前处理器。系统由波前处理主板和波前处理子板组成,每块波前处理主板可扩展10块波前处理子板。整个系统可以完成2 000帧/s的实时波前图像的采集、子孔径斜率的计算、波前拟合和1 200路的控制促动量输出的任务。详细给出了整个系统的硬件设计方案、实施过程和实验结果。 展开更多
关键词 自适应光学系统 波前处理 可扩展
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基于脉动阵列的自适应光学实时波前处理机设计 被引量:5
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作者 郑文佳 王春鸿 +2 位作者 姜文汉 李梅 唐端午 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2008年第5期44-49,共6页
针对自适应光学系统对波前处理机高计算量、高实时性的要求,本文提出了一种基于脉动阵列的自适应光学实时波前处理方法。该方法将脉动阵列的概念引入波前处理机设计,完成了波前斜率计算、复原运算和控制运算向脉动阵列的映射,合理地建... 针对自适应光学系统对波前处理机高计算量、高实时性的要求,本文提出了一种基于脉动阵列的自适应光学实时波前处理方法。该方法将脉动阵列的概念引入波前处理机设计,完成了波前斜率计算、复原运算和控制运算向脉动阵列的映射,合理地建立了数据的深度流水线,同时分析了以FPGA技术实现时系统的计算延时。对于48个子孔径、61单元的自适应光学系统,以一片Xilinx Virtex-ⅡXC2V3000芯片实现了基于脉动阵列的实时波前处理机,实验测得计算延时仅8.6μs,结果表明该方法能极大地提高系统的实时性、集成度、通用性和扩展性。 展开更多
关键词 自适应光学 波前处理 脉动阵列 FPGA
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帧频2900Hz的高速实时波前处理机 被引量:7
10
作者 王春红 李梅 李安娜 《光电工程》 CAS CSCD 1998年第A12期25-28,共4页
波前处理机是自适应光学系统波前处理运算的中心 ,其运算延时直接影响系统的控制带宽。在 6 1单元自适应光学系统中 ,我们根据采样频率 2 90 0 Hz的Hartmann波前传感器输出信号的特点 ,采用流水和并行处理技术 ,用 1 2片TMS32 0 C5 0和 ... 波前处理机是自适应光学系统波前处理运算的中心 ,其运算延时直接影响系统的控制带宽。在 6 1单元自适应光学系统中 ,我们根据采样频率 2 90 0 Hz的Hartmann波前传感器输出信号的特点 ,采用流水和并行处理技术 ,用 1 2片TMS32 0 C5 0和 5片 TMS32 0 C31处理器 ,研制了我国首台峰值运算速度达 8.5亿次/秒的专用高速实时数字波前处理机 ,满足了系统的实时性要求。 展开更多
关键词 自适应光学系统 并行处理 波前处理
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自适应光学波前处理器的故障诊断系统设计 被引量:2
11
作者 赵雨菲 王建立 +2 位作者 贾建禄 张超 乔兵 《电光与控制》 北大核心 2014年第4期69-72,90,共5页
为了及时发现及定位基于FPGA(Field Programmable Gate Arrays)的自适应波前处理器执行过程中发生的问题,提出一种针对该波前处理器的故障诊断系统以解决这一问题。根据调试及操作的需求,该系统能够向上位机实时反馈当前波前处理各部分... 为了及时发现及定位基于FPGA(Field Programmable Gate Arrays)的自适应波前处理器执行过程中发生的问题,提出一种针对该波前处理器的故障诊断系统以解决这一问题。根据调试及操作的需求,该系统能够向上位机实时反馈当前波前处理各部分的执行结果及运行状态,定位故障并分析数据误差。该系统在137单元波前处理器实验平台上进行了实验,实验结果表明:在处理器实时校正过程中,监控系统反馈的数据及相关信息与相应理论值能够很好地匹配,能及时发现故障并定位。该系统应用于大型地基高分辨率成像望远镜的自适应光学系统,直观反映自适应光学波前处理器的运行过程及相应结果,如发生故障,可以及时发现并定位故障来源,较大地提高了硬件及软件的调试效率。同时,通过各阶段运行结果的分析,有利于进一步提高各部分运算速度及精度。 展开更多
关键词 信息光学 自适应光学 波前处理 故障诊断系统
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高帧频Shack-Hartmann探测的波前处理技术研究 被引量:5
12
作者 王春鸿 李梅 李安娜 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第5期579-582,共4页
高帧频Shack-Hartmann波前传感器常用于自适应光学系统中实时探测光束的动态波前误差,其输出信号必须由高速波前处理机进行处理和运算。结合61单元自适应光学系统中采样频率为2900Hz的Shack-Hartma... 高帧频Shack-Hartmann波前传感器常用于自适应光学系统中实时探测光束的动态波前误差,其输出信号必须由高速波前处理机进行处理和运算。结合61单元自适应光学系统中采样频率为2900Hz的Shack-Hartmann波前传感器的特点,讨论了采用高帧频Shack-Hartmann探测的自适应光学系统的实时波前处理方法。 展开更多
关键词 自适应光学 传感器 波前处理 S-H深测
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高速自适应光学波前处理器─—流水式多SIMD结构 被引量:4
13
作者 陈严 孔铁生 梁甸农 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第3期100-102,共3页
自适应光学波前处理器是自适应光学系统的核心部件之一,它必须实时完成自适应光学系统中所有信号处理任务.本文在对波前复原算法分析的基础上,根据算法内在的并发性,提出一种流水式多SIMD(单指令多数据流)并行处理结构.这种结构... 自适应光学波前处理器是自适应光学系统的核心部件之一,它必须实时完成自适应光学系统中所有信号处理任务.本文在对波前复原算法分析的基础上,根据算法内在的并发性,提出一种流水式多SIMD(单指令多数据流)并行处理结构.这种结构可以使波前处理器完成对帧频为850Hz,象素点为128×128视频图像的实时处理,整个系统的处理延迟小于1/4帧周期. 展开更多
关键词 并行处理 波前处理 多SIMD结构 自适应光学
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自适应光学波前处理器的软件测试研究 被引量:2
14
作者 王亮 陈涛 +3 位作者 贾建禄 林旭东 曹景太 刘欣悦 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2016年第2期193-199,共7页
自适应光学系统中,由于中间计算结果不易监测,对基于FPGA的波前处理器进行硬件调试比较困难。为了方便硬件调试,也避免硬件调试中的不当输出对精密的波前校正器带来损害,提出了波前处理器的主控计算机软件测试方法。首先,对波前处理器... 自适应光学系统中,由于中间计算结果不易监测,对基于FPGA的波前处理器进行硬件调试比较困难。为了方便硬件调试,也避免硬件调试中的不当输出对精密的波前校正器带来损害,提出了波前处理器的主控计算机软件测试方法。首先,对波前处理器的功能、组成和工作流程进行了分析,确定了波前处理器的软件测试步骤。然后,采用判断波前处理器回复数据的方法设计了波前处理器的工作模式测试和系统参数测试;采用比较软件模拟计算值和波前处理器上传值的方法分别设计了波前处理器波前斜率计算测试、波前重构测试和波前控制测试。最后,将本文提出的方法用于97单元自适应光学波前处理器的测试,结果表明,波前处理器的硬件调试效率得到较大提高。经过软件测试后的波前处理器在自适应光学实验系统中正常工作,连续校正后系统的残余波前像差的RMS和PV分别为0.034波长和0.392波长。 展开更多
关键词 自适应光学 校正 控制 波前处理 软件测试
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帧频838Hz的高速实时波前处理机 被引量:1
15
作者 王春红 李梅 李安娜 《量子电子学报》 CAS CSCD 1998年第2期212-217,共6页
波前处理机用于完成自适应光学系统中的波前处理运算,其延时直接影响系统的控制带宽。该处理机根据帧频835HZ的哈特曼波前传感器输出信号的特点,用5片TMS320C50和1片TMS320C31,采用流水和并行处理技术,峰值运算速度达3亿次/秒,运... 波前处理机用于完成自适应光学系统中的波前处理运算,其延时直接影响系统的控制带宽。该处理机根据帧频835HZ的哈特曼波前传感器输出信号的特点,用5片TMS320C50和1片TMS320C31,采用流水和并行处理技术,峰值运算速度达3亿次/秒,运算延时仅0.7ms。 展开更多
关键词 自适应光学 波前处理 并行处理 流水线
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基于FPGA的夏克-哈特曼探测器实时波前处理机 被引量:1
16
作者 刘召庆 李力 +1 位作者 董冰 金伟其 《红外技术》 CSCD 北大核心 2021年第8期717-722,共6页
夏克-哈特曼波前传感器是目前自适应光学系统中应用最为广泛的实时波前探测器。本文针对具有高分辨、高帧速、大规模子孔径数的夏克-哈特曼传感器,根据其波前处理计算量和实时性的要求,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA,field-progr... 夏克-哈特曼波前传感器是目前自适应光学系统中应用最为广泛的实时波前探测器。本文针对具有高分辨、高帧速、大规模子孔径数的夏克-哈特曼传感器,根据其波前处理计算量和实时性的要求,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA,field-programmable gate array)的实时波前处理机结构及波前斜率计算方法。该方法利用核心处理模块重复利用的方式完成子孔径内光斑质心的计算,并通过USB3.0将处理后的质心数据实时传输给PC机。处理机以一片XILINX公司Kintex7-XC7K325T的FPGA作为处理芯片进行了设计,结果表明:该算法可对560帧/s的1020×1020图像(580 MB/s数据量),56×56子孔径哈特曼传感器,进行低延时实时光斑质心计算,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速度。 展开更多
关键词 夏克-哈特曼探测器 实时波前处理 FPGA
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自适应光学波前处理机D/A电路的优化
17
作者 王晓云 王春鸿 黄树辅 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第1期6-8,41,共4页
为了适应当前的自适应光学系统的需求,介绍一种多路D/A转换电路的优化及实现方法。 它将输出的多路数字信号依次地通过一路D/A,进行数模转换,再通过采样保持器,将各路信号进行采样保持,分成了多路信号来控制变形镜,从而不但简化了系统,... 为了适应当前的自适应光学系统的需求,介绍一种多路D/A转换电路的优化及实现方法。 它将输出的多路数字信号依次地通过一路D/A,进行数模转换,再通过采样保持器,将各路信号进行采样保持,分成了多路信号来控制变形镜,从而不但简化了系统,而且缩小信号误差,减少故障率。 展开更多
关键词 D/A转换电路 自适应光学 电路设计 波前处理
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实时波前处理机中的同步开关噪声抑制 被引量:4
18
作者 杨海峰 饶长辉 +1 位作者 李梅 周睿 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期196-202,共7页
为解决自适应光学实时波前处理机中同步开关噪声问题,本文针对波前处理机电路特点,结合三维全波及电路仿真,对板上电源同步开关噪声来源进行了分析,并研究了去耦电容、分割电源平面及蘑菇型电磁带隙结构对噪声的综合抑制作用。研究... 为解决自适应光学实时波前处理机中同步开关噪声问题,本文针对波前处理机电路特点,结合三维全波及电路仿真,对板上电源同步开关噪声来源进行了分析,并研究了去耦电容、分割电源平面及蘑菇型电磁带隙结构对噪声的综合抑制作用。研究结果表明,通过良好的器件布局、合理地进行电源平面分割及在关键器件周围加入去耦电容可降低平面间噪声,蘑菇型电磁带隙结构带宽高截止频率低的特性,具有良好的同步开关噪声抑制作用。针对实时波前处理机进行了仿真,采用系统级和板级噪声抑制措施后,在0~4 GHz 频带内噪声隔离度达到-52 dB ,满足处理机的电源完整性要求。 展开更多
关键词 自适应光学 波前处理 电源完整性 同步开关噪声 电磁带隙
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基于GPU的961单元自适应光学系统波前处理器设计及其动态性能 被引量:1
19
作者 杨乐强 王建立 +3 位作者 姚凯男 李宏壮 陈璐 邵蒙 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第23期3004-3012,共9页
为了满足4 m级地基大口径光学望远镜千单元自适应光学系统的波前处理规模、速度以及控制带宽要求,研究了基于GPU的千单元级自适应光学系统高速波前处理器。介绍了自适应光学系统波前处理方法,并详细论述了基于GPU的波前处理架构的实现... 为了满足4 m级地基大口径光学望远镜千单元自适应光学系统的波前处理规模、速度以及控制带宽要求,研究了基于GPU的千单元级自适应光学系统高速波前处理器。介绍了自适应光学系统波前处理方法,并详细论述了基于GPU的波前处理架构的实现与优化方法。最后,通过湍流模拟器进行桌面模拟实验,得到961单元自适应光学系统的动态性能。实验结果表明:基于GPU的961单元自适应光学系统在采样频率为1500 Hz时,系统0 dB残余误差抑制带宽能够达到100 Hz,满足4 m级地基大口径光学望远镜自适应光学系统的应用需求。 展开更多
关键词 自适应光学 波前处理 961单元变形镜 图形处理
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基于自适应光学系统的波前处理算法研究 被引量:2
20
作者 罗琳 佟首峰 +1 位作者 张雷 姚海峰 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2019年第10期1245-1251,共7页
波前处理算法对自适应光学系统的工作效率有着重要的影响,是对波前像差进行复原和校正的前提,其中,区域法、模式法、直接斜率法作为自适应光学系统经典算法是当前国内外应用最为广泛的。本文在总结了以上三种算法的基础上,又介绍了两种... 波前处理算法对自适应光学系统的工作效率有着重要的影响,是对波前像差进行复原和校正的前提,其中,区域法、模式法、直接斜率法作为自适应光学系统经典算法是当前国内外应用最为广泛的。本文在总结了以上三种算法的基础上,又介绍了两种改进式算法,快速迭代算法和Zernike模式快速算法,并对比分析了各种算法的优点和不足,对未来算法的改进方向做出展望。 展开更多
关键词 自适应光学 波前处理算法 改进式算法
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