自适应光学系统能够实时校正由大气湍流等因素引起的波前动态误差，使光学系统能够保持最佳的工作状态，快速反应以适应外界变化。该系统一般由波前传感器、波前处理器和波前校正器三个部分组成。其中波前处理器是整个系统的核心部分，它实现了从波前传感器探测信息到波前校正器控制量输出的转换功能。本文在实验室已有的硬件平台上，对波前处理系统的软件应用和算法等方面进行了实现和优化，以满足大口径地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理规模和高实时性的需求。首先，利用矩阵与向量相乘的可分解性完成高速并行的波前复原计算，在得到第一个子孔径质心偏差数据后即可进行波前复原计算，充分利用了子孔径斜率计算过程中空余行和非子孔径行的读出时间，缩短了波前处理延时。其次，提出基于FPGA的波前控制算法，将波前控制计算分块执行，提高计算效率。并将控制计算与之前的波前复原计算有效的结合，得到第一个误差向量即可同时开始控制计算，避免了等待计算数据时的延迟。再次，对波前处理器上位机程序进行优化，实现计算中各参数可即时通过上位机进行配置；最后，设计了基于该波前处理器的故障诊断系统，以方便系统调试和故障定位。根据调试及操作的需求，向上位机实时反馈当前波前处理各部分的执行结果及运行状态，便于验证计算结果，发现故障，并分析数据误差，较大的提高了硬件及软件的调试效率。优化后的系统分别在21单元和137单元自适应光学系统上进行了室内光源的闭环校正实验，并对实验结果进行了详细的分析。得到的实验结果表明：校正后图像的能量集中度比处理前提高5倍以上，波前误差也有显著的减小，并且计算速度有了明显提高，能够在帧同步信号结束前170.29μs完成全部波前处理运算。实验结果成功验证了本文提出的波前处理算法及诊断系统的可行性。