太阳多层共轭自适应光学波前斜率实时测量相关算法研究

发布时间：2023-04-18 21:59

　　传统自适应光学受大气非等晕性的限制,只能在等晕区(角尺度10’’左右)校正大气湍流的影响,达到接近望远镜衍射极限的成像分辨力,无法满足对太阳活动区(角尺度通常为1’²’)的高分辨力观测要求。多层共轭自适应光学(MultiConjugate Adaptive Optics,MCAO)对大气湍流进行三维波前探测,获取不同高度处大气湍流引起的波前像差,控制位于强湍流层共轭位置的变形镜,对波前畸变进行分层校正,从而实现大视场高分辨力成像。太阳多层共轭自适应光学系统利用大视场相关夏克-哈特曼传感器同时探测多个视线上的波前畸变,相比传统自适应光学系统,波前斜率计算量急剧增加。此外,太阳自适应光学系统工作在白天时段,大气视宁度差,相比夜天文自适应光学系统,传感器采样频率和系统带宽更高,波前斜率计算的实时性要求也更高。因此,太阳多层共轭自适应光学系统波前斜率测量不仅要保证斜率计算的准确性,还要满足实时性。本文基于多核CPU硬件平台,针对大视场相关夏克-哈特曼传感器图像的特点,在保证准确率的前提下对波前斜率的计算方法进行加速优化。本文主要内容及创新点如下:针对太阳目标的大视场相关夏...

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 自适应光学技术及其原理
        1.2.1 传统自适应光学
        1.2.2 多层共轭自适应光学
    1.3 太阳多层共轭自适应光学
        1.3.1 太阳多层共轭自适应光学发展概况
        1.3.2 太阳多层共轭自适应光学重点及难点分析
    1.4 大视场相关夏克-哈特曼传感器图像波前斜率测量原理
        1.4.1 大视场相关夏克-哈特曼传感器图像
        1.4.2 波前斜率测量原理
        1.4.3 平台选择
    1.5 本文的主要研究内容及组织框架
第2章 太阳多层共轭自适应光学波前斜率测量方法
    2.1 空间域相关算法
        2.1.1 绝对差分算法
        2.1.2 归一化互相关算法
    2.2 频率域相关算法
        2.2.1 离散傅里叶变换
        2.2.2 相位相关算法及其原理
    2.3 亚像素精度插值
    2.4 本章小结
第3章 归一化互相关算法计算量优化
    3.1 减小搜索区域
    3.2 分母部分计算量优化
    3.3 分子部分计算量优化
    3.4 本章小结
第4章 相位相关算法计算量优化
    4.1 快速傅里叶变换
    4.2 FFT的计算机实现
        4.2.1 倒位序的实现及其改进
        4.2.2 蝶形运算的实现及其改进
        4.2.3 FFTW3库
    4.3 二维实序列的快速傅里叶变换
        4.3.1 实序列FFT
        4.3.2 二维离散矩阵FFT
    4.4 本章小结
第5章 多核CPU并行优化
    5.1 多核CPU并行优化概述
        5.1.1 线程级并行
        5.1.2 指令级并行
        5.1.3 数据级并行
    5.2 归一化互相关算法并行优化
    5.3 相位相关算法并行优化
    5.4 程序设计优化
        5.4.1 指针寻址
        5.4.2 消除伪共享
        5.4.3 分支优化
    5.5 算法兼容性分析
    5.6 本章小结
第6章 实验结果及分析
    6.1 仿真
    6.2 室内实验
第7章 总结与展望
    7.1 本文主要研究内容总结
    7.2 本文主要创新点
    7.3 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3793114