引言
光学系统由于加工因素和大气湍流的原因，存在着较大的静态和动态误差。自适应光学技术提供了实时校正波前提高光学系统性能的手段，它把实时检测到的波面误差，通过变形镜来补偿，使系统始终工作在最佳状态。21单元自适应光学星体成象补偿系统是对天文目标进行校正〔，〕，实时克服大气扰动，以达到清晰的成象。由于大气湍流引起的波前扰动的空间和时间特性，波前探测分成若干子孔径在很短的采样时间内完成。对于星体这样的弱目标，所能利用的光路非常有限。为使系统更有效地工作，必须实现用光子计数方式进行波前探测，使系统噪声达到受限于散粒噪声的物理极限.系统组成如图1。
采用动态剪切干涉仪作为波前探测，剪切干涉仪的波前调制信号由光电倍增管PMT阵列探测，在X，Y方向的剪切干涉仪各有16个PMT进行信号探测，由于光能微弱，PMT以光子计数方式工作，32个PMT光电倍增管及脉冲形成电路实现对波前相位的探测，并将输出信号转变成光子脉冲。而波前处理机的关键在于如何准确得到并累计光子脉冲，从而快速计算出波前相位并重构出波面误差，来驱动变形镜，达到对目标的实时校正。
1波前处理机的任务
1.1波前相位的获得
由信号光探测器PMT输出的光强信号为:
1.2波前重构的计算
1.4控制电压的并行输出
1.5波面信息的实时监测
2波前处理机的设计
波前处理机主要由四部分组成，多路光子并行计数器，波前处理器，多路D/A并行输出及主控计算机，如图2所示。
其各部分主要功能是:
·光子计数器可并行接收32路光子脉冲;将剪切干涉仪的基准光信号分成四个象限;每路光子脉冲分别在四个象限内进行积分计数，得到N一NC及NB一ND。
·波前处理器是波前处理机的运算中心，通过光子计数器获得光子脉冲，计算波前相位，重构出波面误差。
·并行D/A输出将波面误差转换为电压信号，经过高压放大器后对变形镜进行控制。
·PC主控机用于将控制程序及控制参数传输给波前处理器;能控制并监示处理机的工作状态;对波前相位及波面误差进行实时监测。
要实时校正大气扰动，要求系统控制带宽在100Hz左右，根据控制原理，系统延时应小于lms。而影响带宽的主要因素是由于计算波前相位及波前重构所带来的延迟。为此采用了主频4OMHz，指令周期IOOns的TMS32oC25高速数字信号处理器，该DSP的主要特点是内部多总线结构使处理具有高度并行性，流水线操作，程序和数据空间独立管理，32位ALU及16位指令和数据字.支持块传送。为程序设计及加快运算速度提供了方便。
3波前处理机的实现
3.1多路并行光子计数器
光子计数器由闸门形成电路及64路可逆计数器组成。且稳定锁相最高频率可达1.SMHz.最低可达10Hz，为适应对不同星等光子数的积累.光子计数周期可在1一128内可调。64路计数器能并行接收32路光子脉冲.并计数一定周期内的N*一NC，NB一ND，如图3所示。
3.2波前处理器
波前处理器是处理机的核心部分，它完成系统的全部运算处理，其组成见图4。
(1)高速存储体PRAM及DRAMITMS320C25要完成32路波前相位计算，矩阵乘法，需要占用较大容量的片外程序存储器和数据存储器。为此设计了容量为16Kx16bit的高速RAM，作为C25的片外程序存储器PRAM，存储控制程序及波前重构系数矩阵。同时设计了16KX16bit的高速RAM，作为C25的片外数据存储器DRAMI，存储运算结果及所需参数。由于C25实现了改进的哈佛结构，DRAM，PRAM空间独立管理，分别由石亏，丽信号单独控制，为系统设计提供了方便。用存取时间35ns的静态RAM，保证了运算程序及存取数据以零等待全速执行。其结构如图5。在此，PC主控机将程序和参数送入PRAM，DRAMI，它们之间的接口是根据存储器映象原理实现的。主控机把PRAM，DRAMI作为自己地址空间内的一部分.由于存储容量较大，主控机对存储器进行分页管理。
(2)通讯存储体DRAMZ
为了将波面信息，相位信息及处理器状态实时传送给主控机进行监测，或由主控机将控制信息传送给波前处理器。对此设计了数据存储器DRAMZ，作为它们之间的通讯，其存储器作为处理器的片外数据存储区，同时也映象到主控机地址空间。其工作状态是DSP和主控机通过一对握手信号分别占用DRAMZ，以达到共享，从而实现实时监测。其组成如图6。
(3)光子脉冲输入
该接口的作用是获取计数器的光子计数。为了达到以块传送来提高数据的传输率，采用了寄存器映射存储器方式，将64路光子计数器设计为波前处理器的片外DRAM，这样DSP输入信息便可以达到全速执行，数据传输率10M字/秒，大大提高数据的传输速度。
为了检测出前面的光子计数器已计数完毕，利用DSP的1/0设计方式，设计了对应的检测电路。通过检测电路，可设置计数器为两种工作方式，光子计数(N、一NC)，(NB一ND)及单位时间内的光子数之和(N。+N。+Ne+ND)。
(4)控制信号输出
DsP输出21路控制电压是根据寄存器地址映射原理实现的，将D/A映射为DSP片外存储器地址空间的一部分，通过对该地址空间的写操作，实现21路电压输出。同时主控机可直接控制输出。
4多路并行输出
多路并行输出由21路D/A转换器及相应控制电路组成，其功能是接收和暂存波前处理器输出的各校正点上的波前误差电压数字数据，及时完成D/A转换，并保证每次D/A转换时电压在接收新数字前稳定不变，D/A为八位，输出电压在一SV一+SV之间，分辨率为39.4mV
5波前控制及系统管理软件
5.1波前控制软件
控制软件完成32路波前相位的计算，进行数字滤波;重构出21路波面误差并转换为电压信号输出。控制程序用C25汇编语言，占1.ZK字内存，运算时间为0.29ms。其控制流程如图7。
5.2系统管理软件
在PC主控机上开发了DEBUGc25管理软件，可以方便地实现从系统初始化、控制、控制效果监测及处理机性能检测的一系列功能。
6结论
综上，波前处理机能完成弱光光子计数，并通过TMS32oC25‘高速DSP快速处理出波前误差，延时时间仅为0.29ms。该波前处理机已应用于自适应光学星体成象补偿系统中，对星体目标进行了实时观测，并已取得较好的结果。
参考文献
1JiangWenhan.Adaptiveoptzesimageeompensationexperirnentsforstarob一eets.SP压，1993;Vol.1920TMS320C25User，5Guide，TexasInstrumentsIneroPorated，1988
*国家高技术研究计划资助项目，1994年(国际)中国青年学者光学应用技术学术讨论会交流论文.
本文作者：
李梅:女，1963年12月生，1984毕业于成都科技大学计算机专业。助理研究员，从事计算机控制及高速数字信号处理技术研究。是“自适应光学望元镜原理和技术研究”(获1989年中国科学院科技进步二等奖)、“21单元自适应光学星体成象补偿系统”(获1992年中国科学院科技进步一等奖)完成者之一，参加了波前处理灰控制部份的工作。
荣志均:男，1937年4月生，1964年毕业于成都电讯工程学院无线电通讯机设计与制造专业.高级工程师，从事计算机控制与高速数字处理技术的研究.是国家863高技术研究计划中两个专题下属子课题中“波前控制技术”的负责研究人员之一，是“自适应光学波前处理控制机”的主持研制者，是“21单元自适应光学星体成象补偿系统”(获1993年中国科学院科技进步一等奖)、“37单元自适应光学试验装置”等项目的主要研制完成者.
任绍恒:男，1962年8月生，1986年毕业于中国科学院成都分院职工大学仪器仪表专业，1994年自学毕业于电子科技大学机电一体化本科段专业(工学士).助理工程师，从事自适应光学技术研究，是“21单元自适应光学星体目标成象系统"(获1992年中国科学院科技进步一等奖)的参加人之一参予波前处理机的研究;是“红外自适应光学系统中波前处理机”的主要完成者之一;参加了“37单元自适应光学系统”的研究工作;是“蒸压釜釜温、釜压控制系统”、“焊缝光电检侧自动跟踪系统”的完成者之一。
