[發明專利]一種自適應光學控制系統快速去傾斜分量處理方法

有效

• 申請號: 201410539953.5
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN104317352B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 黃奎
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G06E1/02
• 分類號: G06E1/02;G02B26/06
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本發明涉及一種自適應光學控制系統快速去傾斜分量處理方法，具體適用于自適應光學系統在斜率需要去傾斜分量的方式下減小波前復原的運算延時。

背景技術

在自適應光學系統中，為了有效校正大氣湍流造成的動態波前誤差，對波前處理機的計算能力和實時性要求非常高。通用的微型計算機已不能滿足要求，必須根據自適應光學系統波前處理的特點研制專用的高速波前處理機。波前處理機的工作流程包括圖像處理、斜率計算、復原運算、控制運算和D/A轉換五個模塊，隨著子孔徑數和驅動器單元數的不斷增加，波前復原運算已經成為波前處理中運算量最大的部分。將子孔徑波前斜率向量G乘波前復原矩陣D得到波前誤差向量E，即：

E＝DG (1)

設子孔徑數為n，驅動器數為m，則D是m×2n的矩陣，G有2n個分量，為各子孔徑的X和Y方向斜率的組合。

自適應光學系統在斜率需要去傾斜分量時，要先計算出傾斜分量即X方向斜率的平均值和Y方向斜率的平均值G中各子孔徑X和Y方向斜率要分別減去對應的和

目前的自適應光學系統在斜率不需要去傾斜分量時的主要處理方法是，將斜率計算與復原運算安排為流水線結構，當一部分子孔徑計算完成以后即開始相應部分的復原運算，這樣可以大大減小復原運算的處理延時。而在斜率需要去傾斜分量時的處理方法是，等待斜率全部計算完成以后，計算出傾斜分量和斜率減去和后再開始復原運算。這樣復原運算無法采用流水線結構，運算耗時很長，資源消耗巨大。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出一種用于自適應光學系統在斜率需要去傾斜分量的方式下減小波前復原運算延時的處理方法，該方法有效克服了過 去在斜率需要去傾斜分量的方式下斜率計算與復原運算不能實現流水線工作的困難，大大減小了復原運算的處理延時，節省了資源，降低了開發難度，有效提高了系統處理帶寬。

本發明的技術方案如下：一種自適應光學控制系統快速去傾斜分量處理方法，將波前復原運算分解為復原運算1和復原運算2，然后將波前斜率計算與復原運算1安排為流水線結構，待斜率計算全部完成并得到傾斜量后，開始復原運算2，其間的矩陣相乘都將矩陣分割多個可以并行運算的模塊單元，最后復原運算1的結果減去復原運算2結果即完成復原運算。

進一步的，所述的波前復原運算分解步驟如下：

①斜率矩陣為1列2N(N為子孔徑數)行的矩陣，分解為1列2N行的原始斜率矩陣減去1列2N行的傾斜分量矩陣；

②復原運算即為M(驅動器單元數)行2N列的復原矩陣乘以斜率矩陣，可以分解為復原矩陣分別乘以原始斜率矩陣和傾斜分量矩陣的結果之差。

進一步的，所述的波前斜率計算與復原運算1的流水線結構為：以哈特曼傳感器子孔徑行為單位，當一個子孔徑行的斜率計算完成后，隨即開始該行斜率矩陣對應的復原運算；當下一行子孔徑的斜率計算完成時，上一行子孔徑斜率對應的復原運算已經完成。

進一步的，所述的復原運算2步驟如下：

①傾斜分量矩陣被分解為由兩個傾斜量和重復組成的一列2N行的矩陣；

②復原矩陣乘以傾斜分量矩陣分解為復原矩陣每一行的奇數列乘以加上偶數列乘以

③由于復原矩陣可以提前得到的固定矩陣，所以將復原矩陣每一行的奇數列和偶數列分別累加得到這樣復原矩陣簡化為M行2列的矩陣；

④復原運算2即為M行2列的矩陣乘以2行1列的矩陣。

進一步的，所述的矩陣分割多個可以并行運算的模塊單元是按行為單位，將復原矩陣分為多行并行進行乘累加。

本發明的原理在于：

一種自適應光學控制系統快速去傾斜分量處理方法：(1)波前復原運算分解，將復原矩陣與原始斜率減去傾斜分量后的斜率矩陣相乘的過程，分解為：復原矩陣與原始斜率矩陣的乘積(以下簡稱復原運算1)減去復原矩陣與傾斜分量矩陣的乘積(以下簡 稱復原運算2)；(2)將波前斜率計算與復原運算1安排為以子孔徑行圖像為單位的流水線結構，一個子孔徑行斜率計算完成后即開始進行對應部分的復原運算；(3)斜率計算全部完成，計算得到傾斜量后，開始復原運算2；(4)將復原運算2中的復原矩陣與傾斜分量矩陣相乘簡化為：復原矩陣奇數列累加和、偶數列累加和組成的兩列矩陣與傾斜量X、Y組成的兩行矩陣相乘的過程；(5)矩陣分割，目的是將矩陣分割為多個可以并行運算的模塊單元，進一步提高運算效率；(6)復原運算1的結果減去復原運算2的結果即得到整個復原運算的結果。