大型望遠鏡異構控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、基于現代計算機技術和電子技術的望遠鏡控制系統(tǒng)，是大型望遠鏡系統(tǒng)的重要組成部分。它在上世紀70年代的出現，幫助望遠鏡技術突破了傳統(tǒng)技術口徑上的局限，實現了觀測能力的飛躍。而隨著自動控制技術在望遠鏡中的應用，越來越多的設備必須由計算機主導才能實現精確的控制和觀測，智能化的望遠鏡控制系統(tǒng)己成為望遠鏡中不可或缺的一部分。
　　 當前天文技術和天文望遠鏡的發(fā)展進入了蓬勃發(fā)展的新時期。在國際上，無論是光學、射電望遠鏡，還是空間望遠鏡，它們在

2、發(fā)展上都出現了巨型化復雜化、設備多樣以及控制跨度大的趨勢。而服務于望遠鏡觀測的控制系統(tǒng)，需要提供相當的靈活性和擴展性、跨平臺、實時性和分布式等特性以滿足望遠鏡的控制需求。近年來，我國已經或者計劃建造了國際上光譜能力最強的郭守敬望遠鏡(LAMOST)、最大的射電望遠鏡FAST等大型望遠鏡。而在控制系統(tǒng)方面，由于缺乏相關建設經驗，我國在對該領域的研究還處于起步階段。隨著我國在大型科學裝置上的投入不斷加大，更多的大型望遠鏡將列入建設計劃，對望

3、遠鏡控制系統(tǒng)的研究也變得尤為迫切。在此背景下，本文對大型望遠鏡的控制系統(tǒng)展開了相關的研究和工作。
　　 論文首先簡述了天文望遠鏡的發(fā)展歷程，討論了光學、射電和空間領域的一些主要大型望遠鏡，并介紹了當前國內主要望遠鏡的情況，由望遠鏡大型化復雜化的趨勢引出了望遠鏡控制系統(tǒng)的概念。
　　 論文對現代望遠鏡的控制系統(tǒng)進行了分析。根據大型望遠鏡系統(tǒng)復雜、數據量大的特點，提出了望遠鏡控制系統(tǒng)的基本特征。在分析總結國內外現有望遠鏡控制

4、系統(tǒng)的基礎上，根據望遠鏡系統(tǒng)的層次化特征，提出了異構體系風格下的正交層次化控制系統(tǒng)體系結構。
　　 論文對用于望遠鏡控制的分布式消息機制進行了研究。由于大型望遠鏡中數據量大、觀測中的過程量眾多，系統(tǒng)間通信的消息機制成為了望遠鏡運行控制的關鍵環(huán)節(jié)。本文對AMI/AMH技術、基于通知服務的消息總線技術以及數據分布服務技術進行了分析，通過實驗測試，對幾種技術方案的特點和適用情景進行了討論。
　　 其后對中央控制系統(tǒng)的結構進行了

5、研究。根據分層的思想，對系統(tǒng)服務層、核心模塊層、界面層以及子系統(tǒng)代理層的主要組件進行了討論；同時按照正交化的體系結構，對命令、狀態(tài)、警報和日志主線進行了設計。
　　 根據適配器模式，實現了異構體系風格的子系統(tǒng)控制。并針對常見的子系統(tǒng)軟件構架，以LAMOST和FAST望遠鏡中相關子系統(tǒng)為例，設計了基于EPICS框架、CORBA框架、基本Socket通訊架構三種子系統(tǒng)的控制。
　　 最后，給出了一些望遠鏡控制系統(tǒng)體系結構開發(fā)

6、的實際應用。在開發(fā)中，主要針對LAMOST觀測控制系統(tǒng)、LAMOSTCCD系統(tǒng)總控以及FAST總控系統(tǒng)，給出了主要的開發(fā)結果，從望遠鏡開發(fā)實踐中驗證了結構的可用性。
　　 總的來說，本文研究了大型望遠鏡可異構的控制系統(tǒng)，為望遠鏡的觀測提供了具有靈活性和擴展性、跨平臺、實時性和分布式等特性的控制系統(tǒng)構架。論文主要有以下創(chuàng)新點：
　　 (1)調研了國內外主要的大型望遠鏡，分析了望遠鏡控制系統(tǒng)的特點與需求，并總結了國際主要大型

7、望遠鏡控制系統(tǒng)軟件結構上的特點，在此基礎上提出了支持異構的正交層次化體系結構。
　　 (2)分別對望遠鏡的中央控制系統(tǒng)和子系統(tǒng)控制進行了研究。在中央控制系統(tǒng)中，按層次結構對主要組件進行了討論，按正交結構對主線進行了設計；基于適配器模式設計了子系統(tǒng)的控制，并針對EPICS框架、CORBA框架和基本socket通訊架構實現了相關子系統(tǒng)。
　　 (3)將控制系統(tǒng)構架首次應用于我國的兩架大型望遠鏡，實現了LAMOST觀測控制系統(tǒng)