大气湍流会使在大气中传播的光波波前发生波平面任意畸变、强度随机抖动和光束扩散等现象,从而影响观测系统的成像质量,自适应光学波前处理技术可以很好地克服这些问题。自适应光学系统由波前传感器、波前处理器和波前校正器三部分组成,其中波前处理器必须完成大量实时运算,对处理速度有着极高的要求,本论文主要研究高速波前处理算法在FPGA (Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)中的实现。首先,论文介绍了白适应光学系统的组成、发展以及应用,并阐述了波前处理算法的原理与内容。波前处理算法主要包括图像预处理、波前斜率计算、波前复原和波前控制运算四个部分,图像预处理完成波前图像去噪,波前斜率计算用于获取光波波前的质心偏移量,波前复原再将质心偏移量转化为波前误差信息,波前控制运算根据波前误差信息计算波前控制信号。其次,论文给出了完全基于FPGA平台的高速波前处理解决方案。参数定标和帧格式设计完全根据算法的要求和系统的实际情况制定,算法程序整体采用模块化设计降低各部分之间的耦合度,便于集成与调试,各模块之间大量采用流水结构,减少处理单帧波前的时钟数。最后,论文将基于FPGA平台的高速波前处理模块接入自适应光学系统的光路进行测试,并与基于PC(Personal Computer,台式计算机)平台的波前处理模块比较,实验结果表明本论文的高速波前处理模块对波前的处理速度达到1000frame/s,稳定后波前图像的泽尼克像差系数比PC平台减小了100倍。