基于GPU的自適應(yīng)光學(xué)實(shí)時(shí)波前控制系統(tǒng)研究.pdf

1、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)測量波前信息，利用共軛補(bǔ)償原理實(shí)現(xiàn)波前畸變補(bǔ)償。自適應(yīng)光學(xué)在很多應(yīng)用場合對工作頻率有較高的要求，尤其在天文應(yīng)用場合需要千赫茲以上的工作頻率，需要設(shè)計(jì)高效的波前控制器實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)光學(xué)的閉環(huán)反饋過程。本文利用GPU高效的并行計(jì)算能力，提高自適應(yīng)光學(xué)控制系統(tǒng)效率，設(shè)計(jì)了基于GPU的自適應(yīng)光學(xué)波前控制方法，展開如下研究工作。
　　本文結(jié)合已有的波前傳感器參數(shù)，設(shè)計(jì)了基于商用波前傳感器的自適應(yīng)光學(xué)波前測量的計(jì)算過程和控制

2、計(jì)算過程，分析波前斜率計(jì)算和重構(gòu)計(jì)算的時(shí)間復(fù)雜度及使用GPU解決自適應(yīng)光學(xué)控制計(jì)算過程的可行性。基于計(jì)算復(fù)雜度的分析，設(shè)計(jì)了基于CUDA的波前斜率計(jì)算過程。通過CUDA內(nèi)核對圖像進(jìn)行閾值處理，并且對計(jì)算任務(wù)進(jìn)行分解，在保證計(jì)算精度的同時(shí)提高了斜率計(jì)算效率。在波前重構(gòu)的計(jì)算過程中，在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段求解Zernike映射矩陣，并通過CUDA加速矩陣運(yùn)算，提高波前重構(gòu)的效率。同時(shí)使用CUDA處理波前控制過程的矩陣運(yùn)算，提高系統(tǒng)的波前校正效率。

3、
　　本文對基于GPU的自適應(yīng)光學(xué)控制過程進(jìn)行分析和研究。使用研制的壓電變形鏡為波前校正器，搭建自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)行自適應(yīng)光學(xué)閉環(huán)校正實(shí)驗(yàn)，測試并比較了使用GPU優(yōu)化前后的系統(tǒng)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了GPU在處理自適應(yīng)光學(xué)控制系統(tǒng)的可行性。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，整個(gè)系統(tǒng)的控制計(jì)算延時(shí)控制在2ms以內(nèi)，提升了系統(tǒng)的工作效率。同時(shí)對千單元自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了GPU在處理多單元數(shù)自適應(yīng)光學(xué)計(jì)算的可行性，為研制大口徑多單元自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)提供