[发明专利]一种适用于多传感器自适应光学系统的信号处理平台

说明书

技术领域

本发明涉及自适应光学高速波前处理系统的技术领域，具体涉及一种适用于多传感器自适应光学系统的信号处理平台。

背景技术

大型地基望远镜中通常配备自适应光学系统以提高望远镜系统的成像分辨率，而自适应光学系统校正大气湍流的一个关键问题就是信标光源，由于等晕角内不一定能找到适当的星体作为信标光源，因此人们又借助激光导引星作为人造信标提高自适应光学系统的天空覆盖率。人造信标是有限距离上的“点”光源，它与主激光的重叠区是一个锥体，在该锥体以外，主激光的位相信息不被信标光所携带，即在锥体以外的区域构成了一个非等晕区－聚焦非等晕性，为了减小锥体效应，通常采用多颗激光导引星构成星群，因此自适应光学系统必须配置多个传感器探测激光导引星群返回的信息，从而为变形镜提供反馈信号，补偿由于湍流引起的成像模糊效应。

波前信号处理系统是自适应光学系统的一个核心部件，它实时接收波前传感器输入的波前信号，经过一系列信号处理算法后产生变形镜/倾斜镜电压，从实时校正大气湍流误差。由于大气湍流的时间常数较小，自适应光学系统采用的波前传感器必须具备很高的时间采样率，需要研制专用的波前信号处理系统才能保证自适应光学系统的实时校正特性。目前，实际应用的波前信号处理系统均是针对单个波前传感器进行设计，对于多传感器自适应光学系统需要采用多个信号处理系统进行处理，集成度很差、设计成本高、体积小，且无法实现各系统的波前信息融合。

发明内容

本发明为了解决目前在多传感器自适应光学系统中多个分离信号处理平台形成的集成度差、设计成本高、占地面积大，且无法实现各系统波前信息融合的问题，提出一种适用于多传感器自适应光学系统的信号处理平台。该平台结构采用一套信号处理平台可最多完成7个波前传感器的信号处理并输出数字电压信号到变形镜/倾斜镜电压驱动放大系统，可实现多个传感器在波前误差、波前复原和电压控制阶段的实时数据融合。本发明多个信号处理模块间以带开关的动态总线结构互连，信号处理模块间通讯总线带宽可根据系统需要进行调整，信号处理模块的位置可以互换，增加了平台的灵活性，信号处理平台在运行信号处理模块数最多可为7个，最少可为1个，具备可裁剪性，有效提高了平台的集成度、减小了自适应光学系统中信号处理平台的体积。

本发明采用的技术方案是：一种适用于多传感器自适应光学系统的信号处理平台，该平台包括：多个信号处理模块、互连背板、扩展I/O板以及监控主机，所述的多个信号处理模块中的每个信号处理模块均对应一个波前传感器，所述的多个信号处理模块与所述的监控主机通过所述的互连背板以PCI总线结构互连，所述的多个信号处理模块中正在运行的信号处理模块数可变，所述的多个信号处理模块之间以带开关的动态总线结构互连，该动态总线带宽可动态调整，所述的多个信号处理模块中的各信号处理模块均配置有传感器信号输入接口，该传感器信号输入接口通过所述的扩展I/O板将处理后的信号输出到对应的变形镜或倾斜镜驱动放大系统，所述的监控主机负责管理各信号的参数配置和信号监控。

其中，所述的多个信号处理模块中每个信号处理模块均包括一个FULL模式的CameraLink相机数据输入接口、一个可编程逻辑器件、一片数字信号处理器(DSP)、一个PCI桥接芯片以及多片存储器；当信号处理模块连接的传感器为跟踪传感器时，所述的可编程逻辑器件完成图像处理、目标位置提取以及接口通信控制工作，所述的数字信号处理器完成倾斜镜控制电压的PID运算以及多传感器倾斜镜电压数据融合；当信号处理模块连接的传感器为波前传感器时，所述的可编程逻辑器件完成图像处理、波前误差提取、多传感器波前误差数据融合、波前相位计算以及接口通信控制工作，所述的数字信号处理器完成变形镜控制电压的PID运算以及多传感器变形镜电压数据融合；信号处理模块的所述的可编程逻辑器件内配置一个与其它信号处理模块通讯的总线开关，当信号处理模块不需要和其它信号处理模块进行数据交互时，该信号处理模块关闭连接到本身的总线通道，这样就能为其它信号处理模块间通讯让出数据带宽，从而达到动态调整总线带宽的目的。

其中，所述的可编程逻辑器件为现场可编程门阵列（FPGA）。

其中，所述的互连背板提供每个信号处理模块与对应扩展I/O板间的并行数据通道，提供多个信号处理模块间的局部互连总线，提供监控主机与各信号处理模块通信的PCI总线通道，为每个信号处理模块、扩展I/O板和监控主机提供电源输入通道。