GPU计算液晶自适应光学波前重构的并行性研究

研究了图形处理器(GPU)计算液晶自适应波前重构的并行性。介绍了液晶自适应光学的Zernike模式波前重构算法,论述了GPU的通用架构和GPU实现波前重构的方法。在此基础上提出了利用GPU拥有的RGBA4个颜色通道进行并行计算,进一步加快计算速度,最后给出了实验结果。结果表明:在GPU计算波前重构时,利用RGBA颜色通道的并行计算,将计算速度提高了3倍多。     

基于多GPU的液晶自适应光学波前处理器

为了满足4 m天文望远镜液晶自适应光学系统的波前处理要求,研究了基于多GPU的波前处理器。介绍了液晶自适应光学波前处理方法。分析了用于匹配4 m望远镜的哈特曼探测器数目、Zernike模式数和液晶校正器驱动单元数。详细论述了多GPU下波前处理方法,包括:单GPU下计算斜率;按列分块法拟合Zernike系数;Zernike对称性算法和按行分块法计算液晶校正器灰度图。最后,分析了匹配4 m望远镜的液晶自适应光学系统的残余误差传递函数,并由此模拟了残余误差传递函数的幅频响应。实验结果表明,斜率计算延迟18 μs,Zernike系数拟合延迟39 μs,校正器灰度图计算延迟114 μs。多GPU下总的波前处理延迟171 μs,小于哈特曼探测器采样时间500 μs,液晶自适应光学系统-3 dB残余误差抑制带宽可达53 Hz。满足4 m天文望远镜的应用要求。     

液晶波前校正器校正水平方向上的大气湍流

利用液晶波前校正器和哈特曼波前传感器组成的自适应光学系统对水平方向500 m的大气湍流进行校正.首先测定了液晶波前校正器(LCWFC)的位相调制特性,测定结果表明其可以实现一个波长的调制量,同时利用Garoma校正实现了位相和灰度之间的线性调制关系.然后将该系统与孔径220 mm的望远镜进行对接.液晶自适应校正后,波面均方根误差降低到0.06λ,实现了0.68"的系统衍射极限分辨.实验结果表明:液晶波前校正器可以很好地校正水平方向500 m的大气湍流扰动.     

一种基于GPU的高效合成孔径雷达信号处理器

随着合成孔径雷达（SAR）应用的不断扩展,其所需要处理的数据量也在不断增加,传统的SAR信号处理器的处理速度成为其应用扩展的瓶颈。为了应对这些挑战,需要高效的SAR信号处理器来加快计算速度。文章利用图形处理器（GPU）这一新颖高效的的计算平台进行SAR信号处理,利用GPU通用并行计算,使用CUDA实现SAR成像算法,充分发挥其计算能力。实验结果表明,其处理速度是基于CPU的传统SAR信号处理器的10倍以上。它为解决在未来SAR信号处理中可能出现的问题提供了一种可靠的方法。     

基于GPU 的二维FDTD 并行计算

由于稳定性条件的要求和采用Yee 元胞体离散的方式求解Maxwell 方程,用FDTD 计算目标电磁散射时需要 消耗大量的计算资源,计算往往需要较长时间。采用并行技术是提高计算效率的有效途径,本文基于计算统一架构 CUDA 模型,给出了利用图形处理器（GPU）实现二维FDTD 并行计算的实现方法。给出了二维Mur 边界和PEC 边界 的数值算例,计算结果表明,采用GPU 计算大大的提高了计算效率。     

利用CUDA实现的基于GPU的SAR成像算法

高速发展的图形处理器（Graphics Processing Unit,GPU）为高效合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）成像算法提供了具有发展前景的新型运算平台。与CPU相比,利用GPU进行通用计算具有成本低、性能高的特点。提出利用CUDA实现的基于GPU的SAR成像算法,与传统的基于CPU的成像算法相比,有两位数以上的效率提升,为应对SAR信号处理领域新的挑战提供具有前景的研究方向。     

基于GPU的分类并行算法的研究与实现

分析了KNN算法在GPU上实现并行计算的可能性,提出了通过使用CUDA实现KNN算法的方案,在研究了GPU对存储访问的机制后,通过设计合理的数据以及对算法的改进,避免存储体冲突的产生,提高了算法的健壮性。研究结果证明该方法在GPU上的并行运算速度明显要快于CPU,有着很好的加速比。     

基于GPU的视频转码技术研究

视频转码是个复杂的过程,它需要对已经压缩过的码流进行解析,然后经过处理转换成满足解码终端要求的目标格式码流。为了提高视频转码的效率并降低视频转码的计算复杂度,根据视频转码的要求和图形处理器的并行结构,提出了一种利用GPU强大的并行计算能力来加速视频转码的算法。该算法将视频转码过程中耗时最多、最复杂的运动估计和模式选择过程转移到GPU上并行执行。在开发GPU通用计算能力的时候,采用NVIDIA公司的CUDA(统一计算设备架构)计算平台。实验结果证明,该算法可以有效提高视频转码的速度和效率。     

大气场景模拟器中的湍流模拟方法

提出了一种大气场景模拟器中湍流的模拟方法,该方法通过使用静相位片模拟大气湍流,能够在一定大气动态范围内模拟大气条件,模拟激光在大气中传输时产生的各种效应,实现了在实验室内进行激光大气传输试验的要求.给出了该系统的硬件设计和系统工作状态下模拟激光传输时各种效应的理论模型.     

基于GPU的并行区域场强计算

区域场强计算是电磁频谱管理领域的重要问题,提高其计算性能以适应快速变化的战场环境具有重要的意义.提出了一种基于图形处理器（Graphic Processing Units,GPU）的并行区域场强计算方法.通过合理地划分计算步骤,并且为各个计算步骤定制相应的并行方案,使得设计的并行算法适合GPU的体系架构,并行度高.实验结果表明,该文提出的并行算法可获得高达100倍的加速比,并且具有良好的可扩展性.     

波前场曲对激光诱导液晶远场衍射环的影响

为了明确入射激光参量对激光诱导衍射环的影响及其机理,利用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,数值模拟研究了高斯光束波前场曲对于高斯光束通过自散焦液晶介质后远场衍射图样的影响.结果表明,当波前场曲为无穷大时,随着光强的逐渐增大,远场衍射光斑中心明暗交替变化;当波前场曲为正时,随着波前场曲的减小,远场衍射光斑中心强度逐渐变暗并且...     

基于瑞利激光导星的大气湍流廓线测量仪设计

对基于瑞利激光导星的大气湍流廓线测量系统进行了研究,系统利用脉冲激光在测量区域大气层内不同高度形成信标星,以此测量地面至信标星之间的大气湍流信息。本文在分析瑞利激光导星湍流廓线测试的原理和系统组成基础上,对系统关键参数进行了优化选取,并设计了激光发射系统和差分像移接收系统,最后对系统性能进行评估。结果表明:系统可对地面高度0.2~10 km范围内的大气进行湍流廓线测量,该技术在地基天文观测、星地激光通信、地基激光武器领域具有重要的应用价值。     

纯位相液晶调制器的响应特性计算

液晶位相调制器在非显示领域有广泛的应用,例如自适应光学中的波前校正、大气湍流模拟、光学相控阵的光束指向等。在这些应用中液晶的响应速度、位相调制范围、色散等特性非常关键。围绕对这些特性的改进,本文总结了近年来人们在液晶器件设计、驱动方法改进以及液晶色散研究方面的理论计算方法,这为人们在提高液晶器件电光响应特性、预期其性能等方面的需求,提供了非常有价值的参考。     

一种基于超短基线干涉仪的大气湍流参数测量算法

目前，对流层大气湍流造成的随机变化的相位误差已严重影响了高频段深空测控通信系统的工作性能.为了量化湍流强度，基于超短基线干涉仪系统接收的地球同步卫星信号，统计信号干涉相位的标准偏差，结合经典的Kolmogorov-Obukhov"2/3"扰动理论和随机场理论建立了大气湍流参数计算模型，实时获取表征湍流强度的物理量:大气折射率结构常数C_n2.分别在郑州、杭州进行了连续多天的晴天、雨天相位观测试验，利用试验数据计算C_n2，并利用气象探空数据经验模型进行了验证.试验数据计算结果显示:C_n2在郑州晴天的正午前后要明显高于早晨和傍晚，而在杭州雨天则没有明显的规律性.C_n2在10-15~10-13的数量级范围变化，与经验模型计算的结果相吻合，验证了算法的合理性和准确性.     

基于液晶衬垫的OLED光萃取

采用旋涂的方法制备了(3,4-亚乙二氧基噻吩) :聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)薄膜,结合液 晶衬垫(LCS,liquid crystal spacer)对OLED进行光萃取,制备了结构为Glass/ITO/PEDOT:P SS/LCS/NPB(40nm)/Alq₃(40nm)/LiF(1nm )/Al(100nm)的OLED以及其相应的对比 器件。通过测量其电压、 电流、亮度、色坐标和电致发光(EL)光谱等参数,研究了LCS对OLED发光性能 的影响。结果表明, 当引入LCS后,OLED在电压为11V时,最大电流效率达6.15cd/A,比不加 LCS的器件提高了40%;且在电压从7V上升到12V的过程中,器件的色坐标仅从(0.31,0.57) 变化到(0.31,0.56)。究其原因,LCS的引入可以提高透过率,破坏器 件内部光的折射以及全反射条件,并使功能层形成褶皱结构,使更多的光子能够从器件内发 射,也增大了电极的表面积,使电流密度增加,注入的能量提高。     

基于液晶的偏振转换器数值模拟研究

进行了液晶可变相位延迟器相位调制特性的数值计算。利用Jones矩阵法推导了三片式、方位角分别为0°,45°和0°的可变相位延迟器组成的偏振转换器Jones矩阵表示形式。利用该矩阵计算了电控液晶偏振转换器偏振调制,计箅结果用Poincare图示法表示、结果表明利用该三片式偏振转换器可以实现全范围偏振态调节,且可以实现任意...     

基于液晶技术的光可变衰减器研究

基于液晶的电控双折射特性,从光路上设计了液晶光可变衰减器(VOA),并详细分析了其工作原理;用琼斯矩阵理论推导了其光传输矩阵,得出了光功率衰减与电压关系的表达式,并在理论上进行了仿真;最后对其进行了实验研究,实验数据与理论分析相吻合。     

基于大气湍流传输激光散斑的真随机数提取研究

为生成真随机数序列,提出了先将大气湍流传输中激光散斑图像作为随机数发生器的熵源,再采用变帧频采样方法进行提取随机数的算法。首先,为降低相邻激光散斑图像间高相关性对随机性的影响,提出了变帧频采样方法。其次,对实验数据进行处理,根据大气湍流造成激光光斑质心的随机抖动特征,对散斑图像划分灰度等级,编码和后处理等操作,从而提取随机数。最后,利用NIST测试工具对提取的随机序列进行实验分析,结果表明:该序列不仅达到真随机数的标准,而且序列的数量和随机性均高于等帧频采样方法生成的随机序列。此外,对激光散斑视频归一化方差与最优采样区间之间的关系进行分析,为进一步的研究提供重要依据。     

液晶在光隔离技术中的应用研究

利用手性液晶的Bragg选择反射特性,理论分析了液晶在光隔离技术中的应用可能性.实验结果证实,液晶光隔离器对单色光具有较好的光隔离特性(光隔离度＝13dB)和较高的正向透过率(插入损耗＝1dB),在大口径光隔离器的制造上具有重要的应用价值.     

利用Tatarski方案估算不同环境下的光学湍流廓线

大气光学湍流的存在会严重制约光学系统的性能。为了能够降低大气湍流的影响,满足光电工程的应用,准确地估算出不同场景下的大气光学湍流廓线具有十分重要的指导意义。基于Tatarski光学湍流参数化方案和广泛应用的外尺度模式,利用探空仪测量的气象探空数据,对内陆（合肥）、海陆交界处（茂名）和远海海洋这三个不同环境下的大气光学湍流廓线进行估算。将合肥和茂名两地的估算值与实际观测的廓线进行对比验证,发现在变化趋势和量级上相近,为该模式估算远海海洋的大气光学湍流廓线提供了依据。结果表明模式能够较好地估算出不同环境下的光学湍流廓线。此外,还发现高空光学湍流的发生与风切变和温度梯度有重要关系。