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。

设计了基于Camera Link标准的高帧频多通道图像采集显示系统, 可以对高帧频多通道相机进行图像采集及实时显示。依据系统功能需求设计了系统架构, 给出了系统各个功能模块的设计方法。完成了系统软件和硬件设计, 详细介绍了针对多通道相机图像的存储和读取方法, 及VGA显示模块的程序设计方法, 并进行了高帧频图像采集显示实验。实验表明, 对于帧频为2 000 帧/s、分辨率为80×80的图像源, 该系统可以对其进行实时的采集、处理和显示, 并获得了较好的效果。

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2 000 frame/s 时，波前运算延时为20.96 μs,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。