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自适应光学校正仿真中可视化数据交互的设计与实现

作　者: 陆凤华
导　师: 冯勇
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: 自适应光学计算机仿真数据可视化 Visuanl C++ MFC
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

光学成像系统由于受到各种扰动,尤其是大气湍流的动态干扰,其分辨率通常远远达不到理论分辨率。美国天文学家巴布科克在1953年提出了自适应补偿的设想,其核心是通过对波前畸变的实时测量获得的数据,用校正系统对波前畸变进行实时补偿,使光学系统能够自动适应环境的变化,始终保持良好的工作能力,其分辨率可以接近或达到衍射极限分辨率。自适应光学系统在1970年代开始投入实用,此后获得了迅猛发展,其理论研究不断深入,各种算法相继提出,应用领域不断拓宽,在天文学,医学,军事等诸多领域得到了广泛应用。随着信息技术的进步,自适应光学的计算机仿真及数据可视化技术也发展起来。我国独立研发的AO61单元的仿真软件采用的是Fortran平台,作为一种典型的面向过程的语言,其开发与维护很不方便,人机交互很单调,数据可视化的能力很弱,迫切需要改进。本文首先用面向对象的的技术对系统的各个模块进行了重新划分,利用C++提供的类机制对各个模块进行封装,各模块之间通过类的接口交互,实现了信息隐藏,提高了系统的可读性,改善了系统的可维护性。Fortran平台上的仿真软件对系统的配置是通过配置文件进行的,由于Fortran语言对变量长度的限制,程序中的各项参数的物理意义不明确,程序运行时,用户看到的信息十分有限,交互能力很弱。程序产生的数据通常要借用第三方软件进行处理,带来了软件使用的不便。本文采用了Visual C++ 6.0结合MFC作为技术平台,开发了实验管理,数据管理,运行等各个模块,实现了对实验环境的可视化配置;采用了多线程技术实现程序数据与运行界面的实时交互,程序运行时用户可以看到实时信息。根据课题要求,开发了一些独立的模块如湍流相屏模块,传感器和驱动器布局模块,传递函数模块等并实现了一些实验数据的可视化处理。本文首先介绍了自适应光学系统的理论、结构、原理和发展现状,分析了目前使用的计算机仿真软件的不足,提出了改进措施。接着对整个系统在数据可视化的要求下进行了模块的设计和开发,并完成了编程实现。最后通过仿真测试验证了该平台的正确性。文章的最后是全篇的总结和展望,说明了今后仍需努力的方向。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章引言  9-15
  1.1 光学系统的分辨率  9-11
    1.1.1 遥远物点的像  9-10
    1.1.2 光学系统的分辨率与瑞利判据（Rayleigh Criterion）  10-11
    1.1.3 光学系统的实际分辨率  11
  1.2 自适应光学简介  11-13
    1.2.1 自适应光学的基本原理  11
    1.2.2 自适应光学系统的组成  11-13
  1.3 自适应光学的发展  13-14
  1.4 课题来源及主要研究任务  14-15
第二章自适应光学的计算机仿真与可视化简介  15-17
  2.1 自适应光学计算机仿真的可行性和必要性  15
  2.2 自适应光学计算机仿真的发展现状  15-17
第三章自适应光学仿真的平台与建模  17-21
  3.1 Fortran 平台的局限性  17-18
  3.2 C++平台的特点  18-19
  3.3 VC++6.0 与MFC 的特点  19-21
    3.3.1 简介  19-20
    3.3.2 Windows 消息的分类和菜单命令的路由  20
    3.3.3 多线程机制  20-21
第四章实验配置模块的可视化设计与实现  21-44
  4.1 本课题的难点和主要任务  21
  4.2 解决方案  21-23
  4.3 各模块可视化的设计与实现  23-44
    4.3.1 程序的基本框架  23-24
    4.3.2 初始界面的设计与实现  24-27
    4.3.3 实验组件管理模块的设计与实现  27-30
    4.3.4 实验组件管理模块与子组件之间的通讯  30-33
    4.3.5 目标模块的可视化设计与实现  33-36
    4.3.6 望远镜模块的设计与实现  36-37
    4.3.7 主激光器模块的设计与实现  37-39
    4.3.8 信标光模块的设计与实现  39-41
    4.3.9 光路传输模块的设计与实现  41-44
第五章独立模块的可视化设计与实现  44-65
  5.1 自适应校正模块的设计与实现  44-52
    5.1.1 自适应校正系统各部分的工作原理  44-49
    5.1.2 AO 模块组的设计与实现  49-52
  5.2 湍流相屏模块的设计与实现  52-59
  5.3 数据管理和数据可视化模块的设计与实现  59-65
第六章软件测试  65-68
  6.1 参数配置的准确性测试  65-66
  6.2 软件整体运行的正确性测试  66-67
  6.3 其他测试  67-68
第七章总结与展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-72
攻硕期间取得的研究成果  72-73

自适应光学校正仿真中可视化数据交互的设计与实现

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