定点运算实现波前控制算法的精度与字长分析

针对采用定点运算方式实现基于FPGA的波前控制运算过程中的有限字长效应,分析了由于系数量化对数字控制器的稳定性及系统性能造成的影响,计算出了符合控制器性能要求的系数量化字长。为运算过程中的舍入量化噪声建立统计模型,计算出了满足系统精度需要的乘法运算结果量化字长。仿真结果表明,当系数量化字长为15,乘法结果的量化字长为28时,数字控制器能够满足系统要求。

基于脉动阵列的自适应光学实时波前处理机设计

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。

基于线性双向脉动阵列的自适应光学波前复原

针对自适应光学系统,提出了一种基于线性双向流水脉动阵列的快速波前复原方法。该方法结合直接斜率波前复原算法和线性双向脉动阵列工作特点,通过对复原矩阵进行PCT数据变换和引入资源共享,提高了阵列的单元利用率,减少了资源占用且保证了计算的实时性,同时具有阵列结构简单规整、模块性强、可扩展性好等优点。最后在FPGA上实现了61单元48子孔径自适应光学系统的波前复原,验证了方法的可行性。

自适应光学波前控制算法的脉动阵列结构

提出了一种用于自适应光学波前控制算法的脉动阵列结构。该结构将波前控制算法分为递归运算和卷积运算两部分后,采用规范映射方法将其分别映射到脉动阵列,再将两个阵列链接以实现单路的波前控制运算。同时将处理单元共享引入阵列,并设计了以队列方式进行数据传递的脉动通信模式,将n路控制电压以分时复用的方式在一个阵列中串行计算以提高处理单元的利用率,减少硬件资源占用。实验表明,该结构具有控制流、数据流简单,硬件资源少等优点,且实时性强、模块化程度高。