CN111983800A

CN111983800A - 一种自适应光学系统

Info

Publication number: CN111983800A
Application number: CN202010909981.7A
Authority: CN
Inventors: 陈璐; 王建立; 林旭东; 姚凯男; 安其昌
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2020-11-24

Abstract

本申请公开了一种自适应光学系统，包括波前探测器，波前处理器，FPGA，模数转换器，高压放大器，波前校正器；FPGA用于接收波前处理器发送的数据包；处理数据包得到预处理校正控制信号；将预处理校正控制信号和模数转换控制信号编码打包，得到控制信号；发送控制信号至模数转换器。本申请中除了包括波前探测器，波前处理器，模数转换器，高压放大器，波前校正器，还包括FPGA，FPGA对波前处理器发送的数据包进行处理，得到校正控制信号，并对校正控制信号进行编码打包，控制模数转化器对控制信号进行模数转换，有效减少波前处理器的工作量，减轻波前处理器的负担，并且FPGA处理速度很快，可以缩短波前校正器形变响应时间。

Description

一种自适应光学系统

技术领域

本申请涉及自适应光学技术领域，特别是涉及一种自适应光学系统。

背景技术

自适应光学技术是以光学波前为对象的自动控制系统，利用对光学波前的测量、控制、校正，使光学系统具有自动适应外界条件变化、保持良好工作状态的能力。自适应光学技术已经发展成为几乎所有地基大口径光学望远镜的必备分系统，并且广泛应用于相干层析成像，激光通信，眼底成像等领域。

现有的自适应光学系统包括三个基本组成部分，分别是波前探测器、波前处理器和波前校正器，波前探测器测量目标的波前畸变信息，波前处理器将波前探测器测量的信息转换成波前校正器的校正控制信号，经过模数转换、高压放大等处理，传输至波前校正器，最终完成对入射波前的补偿。波前复原计算和波前校正器控制信号处理计算由波前处理器承担，由于波前复原计算和控制信号的处理计算较复杂且实时性要求较高，导致波前处理器的工作量大，负担重，处理时间长，导致波前处理器计算结果至波前校正器形变的响应时间长。

因此，如何解决上述技术问题，应是本领域技术人员重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种自适应光学系统，以减少波前处理器的工作量，优化资源分配，缩短波前校正器发生形变的响应时间。

为解决上述技术问题，本申请提供一种自适应光学系统，包括波前探测器，波前处理器，FPGA，模数转换器，高压放大器，波前校正器；

所述FPGA用于接收所述波前处理器发送的数据包；处理所述数据包得到预处理校正控制信号；将所述预处理校正控制信号和模数转换控制信号编码打包，得到控制信号；发送所述控制信号至所述模数转换器。

可选的，所述FPGA具有以太网接口。

可选的，所述FPGA通过用户数据保协议接收所述数据包。

可选的，所述FPGA通过全双工模式发送所述控制信号至所述模数转换器。

可选的，所述FPGA还用于判断所述模数转换器的工作状态；

当所述模数转换器的工作状态为空闲状态且信号转换工作已完成时，执行发送所述控制信号至所述模数转换器的步骤。

可选的，所述FPGA还用于判断同一帧图像的所有所述数据包的接收状态；

当同一帧图像的所有所述数据包的处理状态为处理完毕时，执行将所述预处理校正控制信号和模数转换控制信号编码打包，得到控制信号的步骤。

可选的，所述模数转换器与所述高压放大器通过并行排线接口相连。

可选的，所述模数转换器为Analog DevicesAD5370转换器。

可选的，所述FPGA为Xilinx Virtex-5型FPGA。

本申请所提供的一种自适应光学系统，包括波前探测器，波前处理器，FPGA，模数转换器，高压放大器，波前校正器；所述FPGA用于接收所述波前处理器发送的数据包；处理所述数据包得到预处理校正控制信号；将所述预处理校正控制信号和模数转换控制信号编码打包，得到控制信号；发送所述控制信号至所述模数转换器。

可见，本申请中的自适应光学系统除了包括波前探测器，波前处理器，模数转换器，高压放大器，波前校正器，还包括FPGA，FPGA对波前处理器发送的数据包进行处理，得到校正控制信号，并对校正控制信号进行编码打包，控制模数转化器对控制信号进行模数转换，有效减少波前处理器的工作量，减轻波前处理器的负担，并且FPGA处理速度很快，可以缩短波前校正器形变响应时间。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种自适应光学系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，目前的自适应光学系统中由波前处理器承担波前复原计算和波前校正器控制信号处理计算，由于波前复原计算和控制信号的处理计算较复杂且实时性要求较高，导致波前处理器的工作量大，负担重，处理时间长，导致波前处理器计算结果至波前校正器形变的响应时间长。

有鉴于此，本申请提供了一种自适应光学系统，请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种自适应光学系统的结构示意图，该系统包括波前探测器1，波前处理器2，FPGA，模数转换器4，高压放大器5，波前校正器6；

所述FPGA3用于接收所述波前处理器2发送的数据包；处理所述数据包得到预处理校正控制信号；将所述预处理校正控制信号和模数转换控制信号编码打包，得到控制信号；发送所述控制信号至所述模数转换器4。

FPGA3(Field-Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列。FPGA3处理所述数据包得到预处理校正控制信号具体包括：

解析数据包，得到波前校正器6的待处理校正控制信号；对待处理校正控制信号进行分流并存储，判断分流后的待处理校正控制信号的大小，将分流后的待处理校正控制信号稳定在预设电压范围内，进而实现对波前校正器6的保护；将稳定在预设电压范围的待处理校正控制信号进行转换，得到预处理校正控制信号，预处理校正控制信号为波前校正器6可识别状态的信号。其中，预设电压范围视情况而定。

需要说明的是，模数转换控制信号由FPGA3生成。

波前探测器1用于测量目标的波前畸变信息，并发送波前畸变信息至波前处理器2；波前处理器2处理波前畸变信息，得到数据包；模数转换器4用于对控制信号进行模数转换，得到数字信号；高压放大器5用于对模数转换后的数字信号进行放大处理，并将放大后的数字信号发送至波前校正器6，波前校正器6完成校正。

波前校正器6可以具体为波前校正变形镜，波前校正变形镜具有多个促动器，此时，FPGA3根据促动器的分布对待处理校正控制信号进行分流。

需要指出的是，本申请中对模数转换器4的数量不做具体限定，一个或者多个均可，视情况而定。同理，本申请中对高压放大器5的数量的也不做具体限定，一个或者多个均可，视情况而定。

进一步地，所述FPGA3还用于判断所述模数转换器4的工作状态，当模数转换器4处于空闲状态且信号转换工作已完成时，则执行发送所述控制信号至所述模数转换器的步骤；当模数转换器4处于工作状态，则不发送控制信号至模数转换器4，以减小模数转换器4的占有率，提升模数转换器4的工作效率。

进一步地，所述FPGA3还用于判断同一帧图像的所有所述数据包的接收状态，在将预处理校正控制信号和模数转换控制信号编码打包之前进行判断，当同一帧图像的所有数据包的处理状态均为处理完毕时，执行将所述预处理校正控制信号和模数转换控制信号编码打包，得到控制信号的步骤，，否则不进行编码打包，避免不同帧的图像的数据包之间发生交叉，提升校正准确性。可选的，所述模数转换器4与所述高压放大器5通过并行排线接口相连。

波前处理器2可以为搭建GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)的波前处理器2。

本申请中的自适应光学系统除了包括波前探测器1，波前处理器2，模数转换器4，高压放大器5，波前校正器6，还包括FPGA，FPGA3对波前处理器2发送的数据包进行处理，得到校正控制信号，并对校正控制信号进行编码打包，控制模数转化器对控制信号进行模数转换，有效减少波前处理器2的工作量，减轻波前处理器2的负担，并且FPGA3处理速度很快，可以缩短波前校正器6形变响应时间。另外，FPGA3计算得到的控制信号，稳定性更高。

优选地，所述FPGA3为Xilinx Virtex-5型FPGA3，内置以太网处理核可实现10Mbps、100Mbps、1000Mbps等多种速率数据传输，本申请中速率选用1000Mbps。

所述FPGA3具有以太网接口，相应的，波前处理器2支持以太网有线远距离连接，提升传输速率和传输距离。

进一步地，所述FPGA3通过用户数据保协议(User Datagram Protocol，简称UDP)接收所述数据包，减少FPGA3和波前处理器2的握手传输过程次数，提升效率。交互式以太网运行速率可以为100Mbps，1000Mbps和10000Mbps，本申请中运行速率选用1000Mbps。当然，作为其他可实施的方式，FPGA3还可以通过传输控制协议(Transmission ControlProtocol，简称TCP)接收数据包。

优选地，所述FPGA3通过全双工模式发送所述控制信号至所述模数转换器4，即FPGA3与模数转换器4之间可以同时进行接收与发送，效率高。但是，本申请对此并不做具体限定，FPGA3还可以通过半双工模式发送控制信号至模数转换器4。

可选的，所述模数转换器4为Analog DevicesAD5370转换器，但是，本申请对此并不做具体限定，模数转换器4还可以为Analog DevicesAD4021转换器等等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本申请所提供的自适应光学系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种自适应光学系统，其特征在于，包括波前探测器，波前处理器，FPGA，模数转换器，高压放大器，波前校正器；

2.如权利要求1所述的自适应光学系统，其特征在于，所述FPGA具有以太网接口。

3.如权利要求2所述的自适应光学系统，其特征在于，所述FPGA通过用户数据保协议接收所述数据包。

4.如权利要求3所述的自适应光学系统，其特征在于，所述FPGA通过全双工模式发送所述控制信号至所述模数转换器。

5.如权利要求1所述的自适应光学系统，其特征在于，所述FPGA还用于判断所述模数转换器的工作状态；

6.如权利要求1至5任一项所述的自适应光学系统，其特征在于，所述FPGA还用于判断同一帧图像的所有所述数据包的处理状态；

7.如权利要求6所述的自适应光学系统，其特征在于，所述模数转换器与所述高压放大器通过并行排线接口相连。

8.如权利要求7所述的自适应光学系统，其特征在于，所述模数转换器为AnalogDevicesAD5370转换器。

9.如权利要求8所述的自适应光学系统，其特征在于，所述FPGA为Xilinx Virtex-5型FPGA。